导读：近年来，增材制造技术的飞速发展推动了超弹性镍钛合金材料的工业应用和个性化应用。
2026年2月28日，来自IMDEA材料研究所和马德里理工大学(UPM)的研究人员开发了一种以设计为中心的方法来提高3D打印镍钛晶格结构的性能。研究结果表明，晶格结构的设计可以显著增强3D打印镍钛合金的变形能力。
相关研究以题为“Superelastic 3D printed nitinollattices and
wovens lead to dramatic variations ofmechanical properties
bydesign”的论文发表在《虚拟与物理原型》杂志上。研究人员包括 IMDEA Materials 的 Óscar
Contreras、Muzi Li 博士、Vanesa Martínez 博士、AmaliaSan Román 和 Jon Molina
教授，并与 UPM 的 Rodrigo Zapata Martínez展开合作。
与传统制造方法相比，传统的镍钛合金3D打印技术仍存在诸多局限性。例如，3D打印的镍钛零件超弹性性能仍不及传统铸造和锻造工艺，尤其是在弹性模量和可恢复应变方面。此前的研究表明，3D打印镍钛合金样品的变形能力约为工业生产镍钛合金的一半，而且增材制造工艺还会制造出更脆的材料。因此，需要针对增材制造进行设计，以弥补弹性模量的不足。
为了应对以上挑战，研究团队将研究重点从材料优化转移到通过几何形状增强机械性能的结构设计上。他们提出了一种专门针对镍钛合金增材制造的基于算法的新型设计方法，用于构建高变形性的编织超弹性材料。该策略专为镍钛结构的增材制造而设计，能够显著提升材料的固有超弹性。设计框架几乎可以适用于任何拓扑结构和路径，从而产生新型的超材料和器件。
研究团队利用激光粉末床熔融技术制造了包括网状、球形和环状在内的复杂编织结构。马德里理工大学（UPM）和IMDEA材料研究所的Andrés Díaz Lantada教授解释道：“这些是迄今为止制造出的形状最复杂的镍钛合金编织结构之一。”
△编织设计示意图。(a) 编织圆柱结构的透视图。(b) 轴向剖视图。(c) 正面剖视图。(d) 算法设计方法图。
研究开发了两大类结构：管状晶格结构和圆柱形编织结构。力学测试表明，仅通过设计即可在几个数量级范围内调节这些结构的刚度、承载能力、能量吸收和韧性。
△复杂形状的编织镍钛诺结构设计及原型：（a）三叶结 CAD 模型渲染图，（b）打印管状编织网原型，（c）打印编织球原型，（d）打印编织环原型。原型横截面直径 = 400 μm。图片来源：IMDEA
研究团队利用计算机断层扫描技术将打印样品与数字模型进行比较，验证了制造工艺的准确性。这种方法证实了设计方法在创建复杂、可定制架构方面的有效性。该研究由马德里自治区政府资助的“iMPLANTS-CM”项目支持。
△ (a) 打印质量评估的创新方法：将 CAD 模型切片与选定打印原型的 CT 切片进行比较。(b) W9_100 的 3D CT 重建，并渲染了平面切面，轻微的颜色变化表示厚度的微小变化。
本研究超弹性镍钛晶格结构材料的突破为下一代生物医学设备和微创手术系统开辟了新的可能性。这种以设计为导向的方法也为机器人、航空航天和其他高性能工程应用中的高性能执行器铺平了道路。
来源：南极熊
0 留言