新型材料设计技术使3D打印“超级材料”成为现实

　　选择合适的材料用于相应的目的往往是很棘手的问题，需要在妥协中获得最优匹配。阿联酋马斯达尔理工学院近期在材料定制化3D打印领域取得重大进展，或将引起材料设计与3D打印高性能材料的重大变革。

　　不同于以往创造全新材料的研究模式，马斯达尔理工学院研究团队通过改变已知的塑料、金属、陶瓷、复合材料的内部结构来获得特定用途下的特定性能。彻底地调整材料结构可使科学家以独特的方式控制材料的机械性能、热性能和电气性能，甚至可以改变材料一些特定的性能趋势。

　　例如，密度和强度是材料两个紧密相关的性能。像金属和合金等高强材料往往具有高密度，而泡沫和其他轻质复合材料通常强度较低。然而，改变材料内部结构，通过构造高强度中空结构，可令材料同时获得高强度和低密度。这与通过金属支柱排列，使埃菲尔铁塔获得超高强结构的原理相同，尽管铁塔结构中90%为空气。

　　科学家们构建了计算机模型，可为给定材料生成上万个的几何结构排布，或称为“材料结构泡沫”。每个设计结构可使材料具备不同的热，电和机械性能。更重要的是，该模型可以定向到找到适合某个用途最优性能的材料结构设计方案。

　　材料结构设计非常复杂，无法通过常规的制造方法获得。幸运的是，科技的进步使得能够通过3D打印获得特定的材料结构，即使在某些情况下，材料的结构尺度为纳米级。

　　据研究人员介绍，通过3D打印将指定的性能引入材料之中，并将其制造出来，这种技术将颠覆未来的材料设计。

　　当前，材料设计通常依据材料特有的化学性质、结构以及相应的特性，而马斯达尔理工学院的研究成果将直接着眼于目标产品应用材料所需的属性，然后应用新型设计方法，优化材料结构和内部几何构型，以构造所需的性能。

　　这项研究结合了材料计算技术和实验技术，其计算模型可以预测通过3D打印获得的纳米复合材料的性能。该技术可用于从航空航天工业，制造轻质高强纳米工程材料；还可以利用其构建多孔材料的优势，用于海水淡化或气体过滤。