一种新型 3D 打印晶格结构的强度和重量之轻令研究人员大吃一惊。它使用两种不同的晶格结构合并在一起，消除了通常在这些复杂形状中发现的薄弱点。澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的研究人员从空心茎睡莲和风琴管珊瑚中汲取灵感，研究如何降低连接点产生的高应力集中。

新研究的第一作者、特聘教授马迁说："理想情况下，所有复杂蜂窝材料中的应力都应均匀分布。然而，对于大多数拓扑结构而言，通常只有不到一半的材料主要承受压缩载荷，而较大体积的材料在结构上并不重要。"

研究人员在管状晶格的顶部覆盖了第二个晶格，从而加固了管状晶格，并在管和连接处增加了一个薄薄的 X 形横截面，使压缩测试中的载荷分布更加均匀。

左图：导致普通空心支柱网格早期失效的过应力点。右图：使用多拓扑网格时，应力分布更加均匀 皇家墨尔本理工大学

它的形状非常复杂，但使用激光粉末床熔融 3D 打印机却很容易制造。研究人员对制造出的立方体进行了测试，发现它比航空航天领域使用的密度类似的铸造镁合金 WE54 强 50%。

他们说，根据打印机的不同，它的尺寸可以从毫米到几米不等，它的耐温性能最高可达 350 °C，如果升级到更耐热的钛合金，则最高可达 600 °C。

研究人员说，这种材料在对强度和重量要求较高的领域非常有用，可能的商业应用包括飞机和火箭部件。有趣的是，他们还表示，这种材料还可用于医用骨植入物，当它与人体融合时，复杂、部分空洞的形状最终可能会被重新生长的骨细胞填满。

通过边缘的缝隙可以看到横截面的加固装置

但是，如此复杂的结构容易制造吗？研究人员承认："并不是每个人的仓库里都有激光粉末床熔融机。不过，随着技术的发展，它将变得更容易获得，打印过程也将变得更快，使更多人能够在他们的组件中采用我们的高强度多拓扑超材料。重要的是，金属三维打印技术可以轻松制造出实际应用中的网状形状。"

皇家墨尔本理工大学的团队正在呼吁希望在一系列应用领域合作并将这些超材料商业化的公司，并表示将继续完善晶格设计，以寻求更高的强度和更轻的重量。

论文发表在《先进材料》杂志上。