據(jù)《3D打印商情》了解，來(lái)自康奈爾大學(xué)、普渡大學(xué)和凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（CWRU）的團(tuán)隊(duì)研究了垂直和水平支撐形成我們骨骼中心的海綿狀、小梁結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)看似微不足道的骨小梁對(duì)于維持人類一生的能力至關(guān)重要。他們對(duì)人體骨骼結(jié)構(gòu)的研究為一類高耐磨、輕量化的3D打印材料研究奠定了基礎(chǔ)。

普渡大學(xué)教授Pablo Zavattieri解釋說(shuō)：“骨頭就是一棟建筑物。它具有承受大部分載荷的梁和連接這些梁的梁?！?/span>

“我們可以從這些材料中學(xué)習(xí)，為建筑物和其他結(jié)構(gòu)創(chuàng)建更堅(jiān)固的3D打印材料?！?/span>

研究人員從骨骼中汲取了靈感，以創(chuàng)建更耐用的3D打印結(jié)構(gòu)。最終，這可能使3D打印在諸如建筑和飛機(jī)設(shè)計(jì)等高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用中變得可行。，為治療骨質(zhì)疏松癥和工業(yè)工程應(yīng)用創(chuàng)造了潛力。

康奈爾大學(xué)、普渡大學(xué)和凱斯西儲(chǔ)大學(xué)在研究中打印了受骨骼啟發(fā)的3D微結(jié)構(gòu)。

長(zhǎng)期以來(lái)，人的骨骼結(jié)構(gòu)，特別是其小梁結(jié)構(gòu)，一直是設(shè)計(jì)新產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的靈感——在骨骼中，強(qiáng)度來(lái)自稱為小梁的海綿狀結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是圓柱和梁的集合，它們均勻地分配了載荷。

2017年，作為米蘭MADE博覽會(huì)的一部分，米蘭理工大學(xué)的建筑計(jì)算技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（ACTLAB）運(yùn)用了其CAD專業(yè)知識(shí)，以小梁組織的啟發(fā)建造了大型拱門。

ACTLAB設(shè)計(jì)的小梁亭。

小梁由垂直的板狀支桿和水平的桿狀結(jié)構(gòu)組成，它們的作用類似于柱和梁。年輕的時(shí)候，這些梁和柱子使骨骼中的小梁密密麻麻。但是，隨著年齡的增長(zhǎng)，骨頭的密度會(huì)降低，這就是為什么骨折在老年人中更為普遍的原因。研究人員希望了解兩個(gè)小梁結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響。

康奈爾大學(xué)航空機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系的克里斯托弗·埃爾南德斯教授解釋衰老的影響時(shí)說(shuō)：“人們衰老時(shí)，他們首先會(huì)失去這些水平支撐，這增加了骨骼從多個(gè)循環(huán)載荷中斷裂的可能性?！?/span>

研究小組懷疑垂直板確實(shí)有助于骨骼的剛度和強(qiáng)度，但水平橫梁卻使骨骼長(zhǎng)期持久。為了證明這一點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了小梁的3D打印模型（如下）。他們表明3D打印小梁具有與真實(shí)骨骼相似的機(jī)械性能。然后，他們根據(jù)人體骨骼制成了完全合成的結(jié)構(gòu)，并調(diào)整了水平光束的厚度。他們發(fā)現(xiàn)，梁的厚度增加30％，可使承重能力提高100倍，從而有力地證明了水平結(jié)構(gòu)是強(qiáng)度的主要來(lái)源。

在此實(shí)驗(yàn)中，普渡大學(xué)博士研究生和該研究的合著者Adwait Trikanad解釋說(shuō)：“我們能夠看到菌株會(huì)集中在這些水平支柱上，并且通過(guò)增加這些水平支柱的厚度，能夠減輕一些觀察到的壓力?！?/span>

使水平支架變厚并不會(huì)顯著增加3D打印對(duì)象的重量。這意味著我們最終可以生產(chǎn)大型3D打印結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用且重量輕，可以從一個(gè)地方運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。這也可能會(huì)使那些火星的棲息地更加堅(jiān)固。它甚至可以幫助我們更好地了解骨骼老化過(guò)程中發(fā)生的變化，從而可能導(dǎo)致減少斷裂的新療法。結(jié)構(gòu)的輕便性將為工程部門提供巨大價(jià)值，這在汽車和航空航天領(lǐng)域的眾多案例研究中都得到了定期觀察。

Zavattieri教授補(bǔ)充說(shuō)：“這些對(duì)人體骨骼的認(rèn)識(shí)可以成為將更多建筑材料帶入建筑業(yè)的推動(dòng)力，骨啟發(fā)的微體系結(jié)構(gòu)提高了疲勞壽命，”