液体封装架构结构的增材制造及其力学性能可调控研究

来自台湾的研究人员开发了一种新型3D打印工艺，通过混合材料挤出(MEX)系统实现固体-液体双相材料的同步打印与填充，成功制备出具有可调力学性能的液体封装闭孔晶格结构(TPU/硅油)。该技术无需后处理即可实现60%-100%液体填充，压缩实验表明其有效刚度和能量吸收(EA)性能显著提升，为能量吸收领域提供了创新解决方案。

　　

这项突破性研究展示了一种创新的增材制造技术，能够将液态与固态材料进行精准结合。研究人员设计出专为无支撑打印优化的闭孔晶格结构，通过独特的空腔结构实现液体封装，从而构建出具有液体封装特性的架构材料。

该技术采用混合材料挤出(MEX)装置实现"边打印边填充"的同步工艺，主喷嘴完成层间打印后，经改造的辅助喷嘴即可按需注入液体。这种一体化工艺完全规避了后处理环节，将热塑性聚氨酯(TPU)框架与硅油填充相结合，实现了60%（部分填充）和100%（完全填充）两种封装状态。

通过准静态压缩实验结合数值模拟，研究发现液体填充显著提升了结构在相变后阶段的有效刚度和能量吸收(EA)性能。更引人注目的是，通过精确调控液体含量，可以实现力学性能的被动精准调控。这种可编程的材料特性调控能力，为开发新一代智能能量吸收材料开辟了新途径。

值得关注的是，该研究中海胆状开孔/闭孔晶格结构设计已获得美国专利(US20210186152A1、US10881167B2)和台湾专利(TW1703939B、109137416)保护。