研究人員使用混凝土和砂漿等關鍵成分3D打印了水泥漿，用于建造基礎設施的材料。自然界中有些生物結構在壓力下變得更加堅韌，如龍蝦和甲蟲等節肢動物的殼。將生物結構應用到水泥漿中，該技術最終可以在自然災害期間作為更具彈性的結構為減少損失做出貢獻。

　　有史以來第一個生物啟發的3D打印水泥漿有望使基礎設施更加適應機械負載，如自然災害期間發生的強力作用。

圖片來源：普渡大學混凝土3D打印團隊/ Mohamadreza Moini

　　如果材料的固有弱點實際上在房屋和建筑物在火燒和地震中被放大怎么辦？研究人員使用混凝土和砂漿等關鍵成分3D打印了水泥漿，用于建造基礎設施的材料。自然界中有些生物結構在壓力下變得更加堅韌，如龍蝦和甲蟲等節肢動物的殼。將生物結構應用到水泥漿中，該技術最終可以在自然災害期間作為更具彈性的結構為減少損失做出貢獻。

　　Purdue Lyles土木工程學院的教授Jan Olek說：“大自然必須應對存在的弱點才能生存，因此我們正在利用水泥基材料的'內置'弱點來提高它們的韌性。 使用受節肢動物貝殼啟發的設計來控制材料的印刷層之間的損壞如何蔓延，例如試圖打破一堆未經烹煮的意大利面條而不是單一的面條。普渡大學土木工程教授Pablo Zavattieri表示節肢動物的外骨骼具有裂縫擴展和增韌機制，我們 可以用3D技術打印水泥漿來復制這一特性。

　　3D打印的水泥基材料 - 例如水泥漿，砂漿和混凝土 - 將使工程師能夠更好地控制設計和性能，但技術性已經阻礙了它們的擴展。普渡工程師是第一個使用3D打印的工程師 使用水泥漿創建生物靈感結構，如已發表的論文和即將出版的期刊Advanced Materials.雜志。

　　“3D打印已經消除了為每種類型的設計創建模具的需要，因此我們可以實現以前無法實現的水泥基材料的這些獨特屬性，”Purdue材料工程教授Jeffrey Youngblood說。團隊是還使用微CT掃描來更好地了解硬化的3D打印水泥基材料的行為，并利用它們的弱特性，例如在印刷層之間的“界面”處發現的孔區域，這促進了裂縫。 這一發現最近在第一屆RILEM混凝土和數字制造國際會議上發表。

　　“3D打印水泥基材料可以控制它們的結構，這可以導致產生更多的損傷和耐傷性結構元素，如梁或柱，”普渡大學博士Mohamadreza“Reza”Moini說。 土木工程的候選人。團隊最初受到螳螂蝦的啟發，螳螂蝦通過扭曲的裂縫消除能量并防止球桿分裂，從而使其獵物與“dactyl club”附件相互抵抗。

　　團隊使用3D打印技術設計和制造的一些生物成分水泥漿元素包括“蜂窩”，“兼容”和“Bouligand”設計，稱為“架構”。這些架構中的每一個都允許3D打印的新行為 元素一旦變硬。 例如，Bouligand建筑利用薄弱的界面使材料更具抗裂性，而柔順的建筑使水泥基元件像彈簧一樣，即使它們是由脆性材料制成。

　　該團隊計劃探索其他方法，可以設計水泥基元素來構建更具彈性的結構。該工作由國家科學基金會（Grant No. CMMI 1562927）資助。