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  多孔材料具有高比強(qiáng)度、高比吸能等特點(diǎn)，在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域關(guān)鍵部件的機(jī)械防護(hù)方面具有廣泛應(yīng)用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)尤其是增材制造的發(fā)展，具有周期性規(guī)則排列的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在吸能減震方面具有顯著優(yōu)勢。然而，目前應(yīng)用的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在承載過程中普遍出現(xiàn)剪切帶形核與擴(kuò)展，致使整個(gè)防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)力失衡，減弱防護(hù)能力，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)以整體坍塌的形式為外部構(gòu)件提供保護(hù)。隨著智能化防護(hù)裝備日益增長的需求，傳感器等組件通常需要嵌入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部特定片層區(qū)域。因此，迫切需要開發(fā)一種高性能吸能結(jié)構(gòu)，抑制剪切帶的形核與擴(kuò)展，防止整個(gè)結(jié)構(gòu)失效，從而實(shí)現(xiàn)雙重機(jī)械防護(hù)，既能屏蔽載荷以保護(hù)外部構(gòu)件，又能保持結(jié)構(gòu)自身局部片層區(qū)域不變形以保護(hù)嵌入式組件，這對于推動(dòng)下一代輕量化智能化機(jī)械防護(hù)至關(guān)重要。

圖2. 不同片層厚度的可編程異質(zhì)層狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。

圖3. 可編程異質(zhì)層狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與其他吸能防護(hù)材料力學(xué)性能的比較及其潛在應(yīng)用。

  本研究工作利用增材制造技術(shù)的設(shè)計(jì)自由度特點(diǎn)以及異質(zhì)點(diǎn)陣胞元排列模式的設(shè)計(jì)，使點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)兼具優(yōu)異的力學(xué)性能和獨(dú)特的可編程性，既彌補(bǔ)了現(xiàn)有防護(hù)材料的不足，也擴(kuò)大了點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)材料在航空航天、汽車、運(yùn)輸?shù)劝踩O(shè)備中的雙重機(jī)械防護(hù)應(yīng)用，對新一代輕質(zhì)智能機(jī)械保護(hù)裝備的發(fā)展具有重要意義。

  該工作以“Programmable heterogeneous lamellar lattice architecture for dual mechanical protection”為題發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上（PNAS.2407362121），文章通訊作者是南洋理工大學(xué)周琨教授。

  新加坡南洋理工大學(xué)周琨教授課題組依托于惠普-南洋理工大學(xué)數(shù)字制造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和新加坡3D 打印中心，長期從事多種增材制造技術(shù)（3D打印）研究，例如粉末熔融（MJF、SLM、SLS）、光固化（DLP、SLA）、墨水直寫（DIW）、擠出成型（FDM）等。目前聚焦于功能聚合物復(fù)合材料及高性能新金屬材料研發(fā)、先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和多尺度模擬仿真、增材制造零件宏微觀力學(xué)性能表征及其應(yīng)用等。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2407362121