人体骨骼中的建筑可能是增强3D打印轻量化结构的关键

西印第安纳州拉斐特——骨骼和3D打印建筑有什么共同点？它们的内部都有柱子和横梁来决定它们能持续多久。

现在发现，人体骨骼材料中的“光束”如何处理寿命磨损值，可以转化为3D打印轻质材料的开发，这种材料使用寿命长，可以更实际地用于建筑、飞机等结构。

康奈尔大学、普渡大学和凯斯西储大学的一组研究人员发现，当他们模仿光束并使其厚度达到30%左右时，人造材料的使用寿命可能会延长100倍。

“骨头是一座建筑。它有承载大部分负载的梁和连接这些梁的梁。我们可以从这些材料中学习一些东西，从而为建筑和其他结构创造更强的3D打印材料，”该学院教授巴勃罗扎瓦蒂耶里说。普渡大学莱尔斯土木工程学院

骨骼通过称为小梁的海绵状结构获得耐久性，小梁是由垂直的板状支柱和水平的杆状支柱组成的网络，它们作为柱和梁相互连接。小梁越密，骨骼在日常活动中的弹性越大。但是疾病和年龄会影响这个密度。

在《美国国家科学院院刊》年发表的一项研究中，研究人员发现，虽然垂直支撑杆有助于骨骼的刚性和强度，但事实上，看似微不足道的水平支撑杆会增加骨骼的疲劳寿命。

康奈尔大学研究团队的克里斯托弗埃尔南德斯(Christopher Hernandez)怀疑水平支撑结构对骨骼的耐久性非常重要，这与小梁领域的普遍观点相反。

机械、航空航天和生物医学工程教授Hernandez说：“人老了，首先会失去这些水平支撑，从而增加反复循环载荷导致骨折的可能性。”

对这些结构的进一步研究可以为骨质疏松患者的治疗提供更好的方法。

与此同时，3D打印房屋和办公空间正在进入建筑行业。虽然生产速度和成本比传统产品低得多，但即使是印刷的水泥层也必须足够坚固，以应对自然灾害——至少像今天的房子一样。

这个问题可以通过重新设计水泥本身的内部结构或“建筑”来解决。Zavattieri的实验室一直在开发受自然启发的建筑材料，以提高它们的性能并使它们更具功能性。

作为将自然界最佳强度策略融入这些材料的持续努力的一部分，Zavatieeri的实验室为机械分析和模拟做出了贡献，以确定水平支撑杆在人体骨骼中的作用是否比以前想象的更大。然后，他们设计了一种结构类似小梁的3D打印聚合物。

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