人體骨骼中的建筑可能是增強(qiáng)3D打印輕量化結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵

西印第安納州拉斐特——骨骼和3D打印建筑有什么共同點(diǎn)？它們的內(nèi)部都有柱子和橫梁來決定它們能持續(xù)多久。

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，人體骨骼材料中的“光束”如何處理壽命磨損值，可以轉(zhuǎn)化為3D打印輕質(zhì)材料的開發(fā)，這種材料使用壽命長(zhǎng)，可以更實(shí)際地用于建筑、飛機(jī)等結(jié)構(gòu)。

康奈爾大學(xué)、普渡大學(xué)和凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們模仿光束并使其厚度達(dá)到30%左右時(shí)，人造材料的使用壽命可能會(huì)延長(zhǎng)100倍。

“骨頭是一座建筑。它有承載大部分負(fù)載的梁和連接這些梁的梁。我們可以從這些材料中學(xué)習(xí)一些東西，從而為建筑和其他結(jié)構(gòu)創(chuàng)造更強(qiáng)的3D打印材料，”該學(xué)院教授巴勃羅扎瓦蒂耶里說。普渡大學(xué)萊爾斯土木工程學(xué)院

骨骼通過稱為小梁的海綿狀結(jié)構(gòu)獲得耐久性，小梁是由垂直的板狀支柱和水平的桿狀支柱組成的網(wǎng)絡(luò)，它們作為柱和梁相互連接。小梁越密，骨骼在日常活動(dòng)中的彈性越大。但是疾病和年齡會(huì)影響這個(gè)密度。

在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》年發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然垂直支撐桿有助于骨骼的剛性和強(qiáng)度，但事實(shí)上，看似微不足道的水平支撐桿會(huì)增加骨骼的疲勞壽命。

康奈爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的克里斯托弗埃爾南德斯(Christopher Hernandez)懷疑水平支撐結(jié)構(gòu)對(duì)骨骼的耐久性非常重要，這與小梁領(lǐng)域的普遍觀點(diǎn)相反。

機(jī)械、航空航天和生物醫(yī)學(xué)工程教授Hernandez說：“人老了，首先會(huì)失去這些水平支撐，從而增加反復(fù)循環(huán)載荷導(dǎo)致骨折的可能性?！?

對(duì)這些結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究可以為骨質(zhì)疏松患者的治療提供更好的方法。

與此同時(shí)，3D打印房屋和辦公空間正在進(jìn)入建筑行業(yè)。雖然生產(chǎn)速度和成本比傳統(tǒng)產(chǎn)品低得多，但即使是印刷的水泥層也必須足夠堅(jiān)固，以應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害——至少像今天的房子一樣。

這個(gè)問題可以通過重新設(shè)計(jì)水泥本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或“建筑”來解決。Zavattieri的實(shí)驗(yàn)室一直在開發(fā)受自然啟發(fā)的建筑材料，以提高它們的性能并使它們更具功能性。

作為將自然界最佳強(qiáng)度策略融入這些材料的持續(xù)努力的一部分，Zavatieeri的實(shí)驗(yàn)室為機(jī)械分析和模擬做出了貢獻(xiàn)，以確定水平支撐桿在人體骨骼中的作用是否比以前想象的更大。然后，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)類似小梁的3D打印聚合物。

標(biāo)簽：