麻省理工大学科学家3D打印类骨新材料
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想要设计出耐受性强，重量轻又环保的新合成材料的研究人员们往往会从天然复合材料，比如骨骼中获得设计灵感。骨骼非常的坚硬和强壮，因为它拥有两种组成材料：柔然的胶原蛋白和坚硬的羟磷灰石矿物质，且骨骼中的这两种物质从微观到宏观又有着非常复杂的层次化结构来加强它们的机械特性。尽管以前科研人员也想要为他们设计的新材料加入这种复杂的层次化结构，但由于其构型的复杂性，生产起来往往非常的不容易，而3D打印技术的引入则为新材料的结构设计提供了新的机遇和发展方向。一组来自麻省理工大学的材料学科学家们就正在为这样的新合成材料的研发做努力。他们甚至不仅仅是简单的复制某些天然结构，而是通过计算机辅助设计和3D打印技术来寻找更优于天然结构的新结构。他们已经成功的通过优化合成材料的层次化设计，创造出比其它材料的抗断裂性高出至少22倍的新合成材料。他们的科研成果发表在学术期刊《高级功能性材料（Advanced Functional Materials）》上，题目是“Tough Composites Inspired by Mineralized Natural Materials: Computation, 3D printing and Testing （受矿化天然材料启发的刚性复合物：计算机，3D打印和测试）”。
该学术报告的作者之一，麻省理工工程学教授Markus Buehler介绍说：“我们用在这些合成材料中采用的几何构型来自于天然材料，例如骨头或珍珠扇贝，但同时加入了一些不存在于自然界的新设计。” 他还补充说： “作为工程师，我们不再受限于天然构型，我们可以设计我们自己的，比已经存在的天然构型表现更好的人工构型。”
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在这项研究中，团队创建了三种合成的复合材料。第一种采用交错的砖浆（brick and mortar）壁结构模拟了骨头的机械特性，第二种通过柔软的砖（soft bricks）和坚硬的聚合腔（stiff polymer cells）结构倒置了砖浆结构，从而拷贝了矿物质方解石得结构。而第三种则是采用了钻石的结构来加强骨骼转移和分散冲撞损害的能力。
研究小组在之后的测试中发现这些实物样品确实是像计算机模型预测的那样断裂，证明了他们的计算机优化设计的准确性。最重要的是，实验还证实了这些合成的类骨标本确实表现出更大的抗断裂性，第三种材料的结构优化甚至能够使它比其它材料的抗断裂性高出至少22倍。
哈弗大学的教授Jennifer Lewis说：“此项研究充分的展示出3D打印技术在生产复杂的，模拟天然结构的新材料时发挥的不可替代的作用。设计、计算机建模和3D合成三位一体的生产模式的潜力必需结合“生产全新的材料”时才能得到充分的发挥。”
Buehler教授说，他们所研发的生产流程可以规模化，可以经修改后适应其他含两种甚至更多成分的材料的设计和生产，且成本效益好。他指出此套流程能够被用来创建各种为特殊功能特别定制的特殊材料。他希望最终，整座建筑，包括电线，水管和能源等各部分，都能够直接被这些优化过的新材料打印出来。
（新闻源：麻省理工大学）
(本文作者为"fangpian3",最初发表于fangpian3.com,该网站现与诺研3D打印服务网合并为同一网站)