近年來(lái)基于3D打印的微格點(diǎn)陣超材料吸引了大量的關(guān)注，點(diǎn)陣超材料具有優(yōu)異的比強度、比剛度，良好的減震降噪、吸能緩沖效果、突出的吸聲和屏蔽等許多*的功能特性，被譽(yù)為結構-功能一體化材料，在生物醫學(xué)、電池電極以及運動(dòng)器材、無(wú)人機減重等領(lǐng)域都有*應用。其中，在無(wú)人機上應用超材料可以有效減輕其重量，減少其飛行所需的推力和功耗，從而提高電池續航時(shí)間與飛行持續時(shí)間，進(jìn)而更好地拓展無(wú)人機在民用、偵察，救援和娛樂(lè )等領(lǐng)域的應用。此外，微格點(diǎn)陣超材料出色的能量吸收能力可以幫助無(wú)人機抵抗飛行過(guò)程中的撞擊和碰撞，點(diǎn)陣鏤空結構還可以促進(jìn)無(wú)人機的散熱。

為優(yōu)化點(diǎn)陣超材料的機械性能，人們提出了多種多樣的設計策略，其中，受晶體學(xué)啟發(fā)的超材料設計策略頗具代表性。例如，已被廣泛采用的經(jīng)典多孔晶格點(diǎn)陣結構如體心立方點(diǎn)陣結構（BCC）、面心立方點(diǎn)陣結構（FCC）、八度桁架點(diǎn)陣結構（OCT）等均是受晶體學(xué)中原子/離子排列的啟發(fā)而形成的超材料設計。

近日，香港城市大學(xué)機械系及納米制造實(shí)驗室（NML）陸洋、生物醫學(xué)工程系Pakpong Chirarattananon和西安電子科技大學(xué)高立波等報道了一種受金屬硬化機制中的第二相粒子強化機制啟發(fā)的多級微點(diǎn)陣超材料設計新策略。該策略思路如下：通過(guò)將OCT單元作為第二相粒子引入BCC點(diǎn)陣結構的45°對角平面，從而得到一種*的OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料。與原始BCC點(diǎn)陣超材料相比，該OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料的壓縮比強度沿水平方向和縱向顯著(zhù)增加了?300％和?600％，同時(shí)也伴隨著(zhù)剛度和能量吸收能力的顯著(zhù)提高。

圖1 基于雙相增強概念設計，通過(guò)面投影微立體光刻（PμSL）3D打印的OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料

圖2 OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料與原始BCC微點(diǎn)陣材料的3D打印和力學(xué)測試

為了證明這種*的OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料的制造可擴展性和實(shí)際應用潛力，該工作還通過(guò)摩方精密開(kāi)發(fā)的基于面投影微立體光刻（PμSL）的3D打印技術(shù)（nanoArch P130, S140, BMF Precision, Shenzhen, China）成型了尺寸為5.0 cmx 2.0 cm x 1.0 cm的大尺寸OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料，并將其成功集成到微型無(wú)人機（MAV）的機身中。和原本的實(shí)心機身對比，集成了OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料的輕量化機身重量減少了~ 65％，從而使得微型無(wú)人機的飛行時(shí)間實(shí)現了~ 40％的顯著(zhù)提升。

圖3 OCT-BCC雙相微點(diǎn)陣超材料應用于微型無(wú)人機構件以實(shí)現減重及服役時(shí)間提升

采用OCT-BCC微點(diǎn)陣超材料的微型無(wú)人機相較普通實(shí)心構件的無(wú)人機飛行時(shí)間提升達40%（視頻10倍提速）

該工作不僅提出了一種有效的超材料增強設計方法，而且還展示了高精度PμSL （nanoArch P130, S140, BMF Precision, Shenzhen, China）3D打印超材料在微型無(wú)人機等領(lǐng)域的巨大應用潛力。相關(guān)成果以題為“3D printing of dual phase-strengthened microlattices for lightweight micro aerial vehicles”的論文發(fā)表在國際知.名期刊Materials& Design上。