新华社北京9月6日电 美国科研人员从“活化石”腔棘鱼的鳞片结构中得到启发,开发出一项混凝土3D打印工艺,制造出不易开裂的大尺寸混凝土构件。测试表明其抗裂性能比传统的浇筑混凝土高出63%。
美国普林斯顿大学的研究团队说,新工艺利用机器人精确控制原料沉积方式和速度,模仿腔棘鱼鳞片的双布利冈结构,使混凝土强度提升,即使出现裂缝也不易扩大。论文发表在新一期英国《自然·通讯》杂志上。
布利冈结构广泛存在于鱼鳞、虾壳中,使材料具有良好的力学性能,其特点是纤维排列成层,层层堆叠,每层都与邻层错开固定角度。自然界中常见的布利冈结构以单层为堆叠单元,腔棘鱼等少数生物中存在一个双层堆叠的变种,每个单元中两层的纤维排列方向互相垂直,称为双布利冈结构。
混凝土的抗拉强度远小于抗压强度,在外力、温度和湿度变化等因素影响下容易开裂。新工艺用机器人控制喷头喷出混凝土材料束,按双布利冈结构连续沉积,并严格监控温度和压力,防止材料在硬化过程中变形。研究人员认为,该结构可能使材料内部的裂面相互交错,裂缝不易延伸和扩散,从多个方面提高了强度。
3D打印又称增材制造,是一项将数字模型文件转化为实物的制造技术,混凝土3D打印具有施工快、灵活性高、节约材料等优点。腔棘鱼曾被认为与恐龙同时代灭绝,后来发现仍有存活,并且保持着古老的形态,被称为“活化石”。(完)