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研究人员创造了3d打印仿生联锁缝合线

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2017年3月13日

加拿大麦吉尔大学（McGill University）的研究人员和教授已经多次使用3D打印技术，使用3D打印技术可以打印出更好的髋关节置换，甚至可以打印出更荒谬的东西，比如用冰制作3D打印的老虎和加拿大7岁男孩的3D打印雕像^th首相用聚氨酯泡沫和剃须膏。最近，该大学机械工程系的一个研究团队使用建模、优化和3D打印技术开发了仿生联锁缝合线。

双稳态联锁材料（BIM）；（a）具有多条互锁缝线的拉伸试验样品的几何形状；（b）典型的拉伸应力-应变曲线（此处为θ；1=15°和R 1/R 2=1.05）显示了对应于缝合线变形的平台状区域。（c）原位图像显示了不同阶段的加载和标签逐渐转变为第二种稳定配置。在完全失效（阶段F）之前，所有潜在位置已过渡到第二稳定位置（阶段E）。（来源：ResearchGate）

副教授Francois Barthelat领导了这个团队，他每天都在先进材料和生物灵感实验室从事3D打印、实验力学和天然材料的研究。欧洲杯足球竞彩在实验室中，他和他的学生们致力于表征自然材料的力学、结构和多功能，以及设计、制造和测试受自然启发的独特、高性能的工程系统和材料;欧洲杯足球竞彩他们目前的模型包括鱼鳞、软体动物壳、骨骼和胶原蛋白等。他的团队的研究发表在《固体力学与物理杂志》上的一篇题为《仿生“拼图”式缝合线:建模、优化、3D打印和测试》的论文中;共同作者是博士后研究员默罕默德·米尔哈拉夫和博士候选人伊德里斯·马利克。

根据这篇论文的摘要，“结构生物材料，如骨骼、牙齿或软体动物壳，其卓越的性能来自于结构和弱界面的复杂相互作用。欧洲杯足球竞彩将这个概念推向极端，导致了缝合材料，其中包含了复杂几何形状的细线。欧洲杯足球竞彩缝合材料在自然界欧洲杯足球竞彩中很突出，最近被用作增韧陶瓷和玻璃的生物灵感。缝合线可以在所有脆性系统和材料中产生大的变形、韧性和阻尼。欧洲杯足球竞彩在本研究中，我们研究了锯齿状几何缝合线的设计和优化，重点是由锯齿状缝片摩擦拔出所产生的非线性牵引行为。我们提出了能够准确预测整个拔出响应的分析模型。”

几何联锁对结构和材料的粘附和内聚非常重要；例子包括纤维增强复合材料、工程和粘合剂科学。这种现象在自然界中确实存在，在坚硬的生物材料（如骨骼）中非常关键，因为它实际上在通常易碎的材料中产生欧洲杯足球竞彩“韧性”并耗散能量。基于这种仿生联锁的建筑材料最近呈现出一些吸引人的独特性能组合；在McGill的研究中，研究小组引入了一种新型缝合材料，它结合了结构、欧洲杯线上买球生物灵感和几何联锁，同时还探索了缝合线的多重稳定性，包括两种不同的稳定状态之间的滑动和联锁。

利用非赫兹接触问题，研究人员得出了一个解决方案，以确定联锁材料中的最大应力和拉拔响应；几何参数和摩擦系数用于调整材料响应，他们了解到，随着系数和联锁角度的增加，材料从缝合界面拉出的阻力也会增加。为了验证这种拉拔响应，研究人员使用了机械测试和3D打印，最终表明，为了优化材料的刚度、能量吸收和最大强度，最好使用较低的摩欧洲杯足球竞彩擦系数和较高的锁定角度。

3D打印样本用于研究不同组合的互锁缝线的性能。使用EnvisionTEC公司的高分辨率DLP 3D打印机，使用uv固化ABS材料打印均匀、无孔和机械各向同性组件。3D打印机的高分辨率尤其有助于生产光滑的材料，这是降低应力集中和保持摩擦系数一致的重要因素。欧洲杯足球竞彩组成联锁标签的两个固体部分分别被3D打印，然后滑到一起。样本的所有六个部分都是这样构建的，通过3D打印分离的部分，然后手工组装。