增材制造研究從動植物獲益頗多，模仿動植物讓3D打印更強大

3D打印(增材制造)從動植物那里獲益匪淺，其生產(chǎn)材料的改進和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化都離不開仿生學予以啟發(fā)。人類無論已在科技這條路上走出了多遠，回首來時路，總能從大自然故鄉(xiāng)中獲得新的啟示。由于技術(shù)特點不同，3D打印道法自然的角度與機器人有所差異，比起動植物的宏觀結(jié)構(gòu)和群體行為模式，3D打印產(chǎn)業(yè)更關(guān)注其組成物質(zhì)和個體微觀形態(tài)。

一直以來，材料研發(fā)都是3D打印產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，這不僅是因為當前可供打印的材料種類還遠遠不能滿足需求，更是由既有材料的質(zhì)量水平?jīng)Q定的。3D打印的主流工藝目前仍是材料層累、擠壓成型，這使得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度先天性地弱于傳統(tǒng)制造。在主流工藝未取得大規(guī)模突破之前，想要讓3D打印產(chǎn)品“強硬”起來，就必須在材料上多下功夫，而動植物界有不少值得仿效的對象。

樹木的強韌有目共睹，這背后主要是纖維素在支撐。讓纖維素為人類所用成為3D打印界部分人士的重要課題。今年，美國華盛頓州立大學的研究人員取得重大進展，他們把木材變成納米顆粒，隨后與乙二醇混合形成油墨，最終將其3D打印成網(wǎng)格狀，獲得了非常強大的微小結(jié)構(gòu)。該材料預計將在電池、催化轉(zhuǎn)換器、超級電容、生物支架等領(lǐng)域有廣泛應用。

有著堅硬外殼的動物更是備受3D打印業(yè)界關(guān)注。繼麻省理工大學于今年6月模擬海螺殼開發(fā)出高強度3D打印材料之后，南加州大學也從另一水生動物龍蝦身上收獲靈感，仿照其外殼的結(jié)構(gòu)方式造出了強度大增的新型材料，以用于頭盔等防護器材的制作。

有了足夠強韌的材料還不夠，3D打印產(chǎn)品的關(guān)鍵使命是要實現(xiàn)特定功能。很多時候，仿生是最好的選擇。因為經(jīng)過大自然數(shù)億年的千淘萬漉，在篩選中留下來的生物個個身懷絕技，模仿它們功能部位的獨特結(jié)構(gòu)往往勝過人類自己閉門造車。

不知你是否觀察或觸碰過貓的舌頭，那上面布滿了毛刺，極具摩擦力。這給醫(yī)療和美容界以啟發(fā)，人們試圖模仿該結(jié)構(gòu)制造清潔用的刷子。而這種均勻分布的微小毛刺結(jié)構(gòu)用3D打印來制作再合適不過。佐治亞理工學院便于去年研制了3D打印貓舌模擬物，目前正在測試其潛在應用。

今年7月，佐治亞理工學院又根據(jù)另一不起眼的動物微小結(jié)構(gòu)推出了新發(fā)明。該校聯(lián)合美國橡樹嶺國家實驗室3D打印了北美洲多音天蠶蛾的羽毛狀觸須。這種小小的觸須是種十分靈敏的氣味傳感器，3D打印技術(shù)成功復制了其莖、須、感器桿等各個部分。這一發(fā)明有望用于危險化學物質(zhì)的探測，投身安防事業(yè)。

隨著仿生學與3D打印的合作進一步深入，更多新材料與新結(jié)構(gòu)會涌現(xiàn)出來，為市場提供更為廣闊的選擇空間，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造飛升的契機。放眼整個智能制造領(lǐng)域，從實體機器人設(shè)計到虛擬的人工智能、深度學習與算法研究，再到3D打印材料開發(fā)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，無一不與仿生學有著緊密聯(lián)系。人類無論已在科技這條路上走出了多遠，回首來時路，總能從大自然故鄉(xiāng)中獲得新的啟示。

來源：3D打印智造網(wǎng)
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