来自VoxelMatters和3DNatives的报道显示，一项由德州农工大学与美国陆军合作研发的3D打印复合材料取得了突破性进展。

美国德州农工大学的航空航天工程与材料科学研究人员，与美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室合作，于近期开发出一种混合泡沫复合材料。

该材料的能量吸收能力最高可达传统填充材料的10倍，这种3D打印的超级泡沫能够吸收的能量是传统泡沫的10倍。

传统制造泡沫的挑战之一在于其内部结构，制造商通常在随机图案（会限制能量吸收）与更昂贵且难以大规模生产的技术性材料和晶格结构之间做出选择，这通常是在精度和成本之间进行权衡。

该技术的核心在于，将3D打印的弹性体支柱直接注入标准的开孔泡沫内部结构中，形成一种新型复合材料。

这项技术被称为“泡内增材制造”（IFAM），它能够在泡沫块内部创建一个塑料支柱的三维网络，使工程师能够通过控制3D打印支柱的直径、间距、角度和弹性，来针对性地调控复合材料的强度、能量吸收或舒适度等特性。

研究团队表示，这项技术有助于克服增材制造领域长期以来在可负担性和精度之间的权衡问题。

该研究由德州农工大学工程学院纳米结构材料实验室主任穆罕默德·纳拉吉博士领导，并与陆军研究实验室战略聚合物增材制造团队负责人埃里克·韦策尔博士合作完成。

他们的研究成果已发表在《复合材料结构》期刊上。

埃里克·韦策尔博士表示：“IFAM是一种简单的、由计算机驱动的增材制造工艺，它使我们能够在传统的开孔泡沫内部构建一个弹性体骨架。”

他进一步解释：“我们可以选择弹性体的直径、间距、角度和弹性，以获得广泛的性能。”“IFAM工艺结合了两者的优点，提供了一种低成本、可定制、高性能的复合能量吸收材料。”

在压缩过程中，泡沫与3D打印支柱之间产生了协同增效的物理相互作用，使得复合材料的性能超越了各部分的简单加总。

具体而言，泡沫在初始载荷阶段稳定了3D打印的支柱，防止其过早屈曲。随着压力增加，支柱将力向外重新分配到周围的泡沫中，产生一种载荷分担的动态协同效应。将这两种材料结合能使结构更好地承受施加的压力，这些塑料支柱被精确地放置在泡沫内部所需的位置，从而将3D打印结构集成到泡沫中。

作为一项陆军资助的项目，其研发的主要应用目标是军用防护装备。这项技术可能对国防领域产生重大影响，并有望拯救生命。

韦策尔博士表示：“吸能材料对陆军的广泛应用至关重要，包括防弹头盔和抗爆炸座椅衬垫。”

该团队正在积极探索将这种3D打印增强的复合材料集成到能够同时承受弹道冲击和钝器创伤的军用头盔中。因为这种材料更轻，并能更有效地吸收能量和冲击，它为众多的战场应用提供了一个理想的解决方案。这种泡沫可以降低受伤风险，并有可能拯救生命。

此外，研究人员还确定了该材料在民用领域的应用前景。研究人员还提到了将其集成到自行车和摩托车头盔、体育装备，甚至汽车保险杠上的可能性，以帮助在剧烈碰撞中更好地保护乘客。

潜在应用包括自行车、摩托车和运动头盔、汽车乘员保护系统以及儿童安全座椅。

得益于增材制造带来的几何结构可调性，这种材料还开辟了声学控制与个性化舒适的新应用方向。

隔音也被确定为一个潜在的应用方向，这种基于IFAM工艺的复合材料可以被设计用来抑制特定频段的声波。除了吸收能量的能力，这种3D打印的混合泡沫还可以吸收声音并降低整体噪音水平。

德克萨斯农工大学教授、该研究的主要作者Mohammad Naraghi博士解释道，有可能通过修改泡沫的特性，将其变成一种优异的吸声体，能够衰减甚至完全消除特定的频段和振动。声学应用仍处于研究的早期阶段，但他们希望进一步探索这一特性，将泡沫变成比现有材料更有效的主动声学滤波器。

同时，它也能实现分区定制，在一个床垫或坐垫内部设计不同的硬度水平，以匹配个人的身体需求。最后，该团队对增材制造提供的定制化能力很感兴趣，例如设计能够适应每个人需求和生理特点的定制坐垫。

然而，该材料目前也存在挑战，测试显示其在第一次压缩循环后性能会出现衰减，这对需要首次撞击就发挥全部性能的应用至关重要。

此外，当前研究尚处于实验室试样阶段，其工艺在工业规模上的可行性仍有待验证。

值得关注的是，增材制造与泡沫的结合正成为明确趋势。

IFAM工艺的独特之处在于其将结构深度嵌入泡沫内部，使两者在力学上深度融合，这代表了材料设计与制造范式的一个显著转变。