近日，蘇格蘭和意大利研究團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)了一種新的3D打印金屬材料，該材料在撞擊時(shí)會(huì)發(fā)生扭曲，可以為車輛和飛機(jī)的下一代碰撞保護(hù)提供保護(hù)。

與以固定方式變形的傳統(tǒng)泡沫或褶皺區(qū)不同，這種新型“自適應(yīng)扭曲超材料”可以機(jī)械地調(diào)整它們吸收能量的方式。剛度或緩沖水平可以根據(jù)沖擊的嚴(yán)重程度進(jìn)行調(diào)整——在高速碰撞中提供更強(qiáng)的阻力，或在較輕的沖擊中提供更軟的吸收。

該材料采用增材制造生產(chǎn)，使工程師能夠?qū)⑵渌茉斐蓮?fù)雜的陀螺晶格——一種復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu)，使其在壓縮時(shí)能夠以開(kāi)瓶器運(yùn)動(dòng)扭曲。這種扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將能量分散到整個(gè)材料中，從而減少傳遞到周圍結(jié)構(gòu)的力。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，改變材料的扭曲能力如何直接影響其性能。當(dāng)其運(yùn)動(dòng)受到限制時(shí)，該結(jié)構(gòu)提供了*大的剛度，每克吸收超過(guò)15焦耳的能量。當(dāng)允許自由扭曲時(shí)，能量吸收下降了約10%。對(duì)于被迫扭曲超出其自然范圍的配置，吸收率下降了大約三分之一。

根據(jù)國(guó)外科技媒體TechXplore的報(bào)道，這些結(jié)果表明，單塊材料可以提供一系列保護(hù)響應(yīng)，從剛性屏蔽到柔性能量阻尼，有可能取代當(dāng)今使用的多種類型的沖擊吸收組件。

研究人員還建立了計(jì)算模型來(lái)預(yù)測(cè)這些扭曲晶格在不同應(yīng)變率下的行為，并根據(jù)打印樣品的詳細(xì)顯微CT掃描驗(yàn)證了他們的發(fā)現(xiàn)。

由于該設(shè)計(jì)純粹依賴于機(jī)械幾何形狀，而不是電子或液壓系統(tǒng)，因此它可以提供可靠、免維護(hù)的解決方案，適用于汽車碰撞系統(tǒng)或飛機(jī)機(jī)身等苛刻環(huán)境。除了安全之外，同樣的原理還可用于將沖擊力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能，用于未來(lái)的能量收集技術(shù)。