一種新型3​​D 列印晶格結構的強度和重量之輕令研究人員大吃一驚。它使用兩種不同的晶格結構合併在一起，消除了通常在這些複雜形狀中發現的薄弱點。澳洲墨爾本皇家墨爾本理工大學的研究人員從空心莖睡蓮和風琴管珊瑚中汲取靈感，研究如何降低連接點產生的高應力集中。

新研究的第一作者、特聘教授馬遷說：”理想情況下，所有複雜蜂窩材料中的應力都應均勻分佈。然而，對於大多數拓撲結構而言，通常只有不到一半的材料主要承受壓縮載荷，而較大體積的材料在結構上並不重要。”

研究人員在管狀晶格的頂部覆蓋了第二個晶格，從而加強了管狀晶格，並在管和連接處增加了一個薄薄的X 形橫截面，使壓縮測試中的載荷分佈更加均勻。

左圖：導致普通空心支柱網格早期失效的過應力點。右圖：使用多拓樸網格時，應力分佈更均勻皇家墨爾本理工大學

它的形狀非常複雜，但使用雷射粉末床熔融3D 列印機卻很容易製造。研究人員對製造出的立方體進行了測試，發現它比航空航太領域使用的密度類似的鑄造鎂合金WE54 強50%。

他們說，根據印表機的不同，它的尺寸可以從毫米到幾米不等，它的耐溫性能最高可達350 °C，如果升級到更耐熱的鈦合金，則最高可達600 °C。

研究人員說，這種材料在對強度和重量要求較高的領域非常有用，可能的商業應用包括飛機和火箭零件。有趣的是，他們還表示，這種材料還可用於醫用骨植入物，當它與人體融合時，複雜、部分空洞的形狀最終可能會被重新生長的骨細胞填滿。

透過邊緣的縫隙可以看到橫斷面的加固裝置

但是，如此複雜的結構容易製造嗎？研究人員承認：”並不是每個人的倉庫裡都有雷射粉末床熔融機。不過，隨著技術的發展，它將變得更容易獲得，列印過程也將變得更快，使更多人能夠在他們的組件中採用我們的高強度多拓撲超材料。重要的是，金屬三維列印技術可以輕鬆製造出實際應用中的網狀形狀。”

皇家墨爾本理工大學的團隊正在呼籲希望在一系列應用領域合作並將這些超材料商業化的公司，並表示將繼續完善晶格設計，以尋求更高的強度和更輕的重量。

論文發表在《先進材料》雜誌。