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科學家利用3D打印測試極端條件下的材料性能

迅速崛起的3D打印正在一些關鍵行業如航空航天、運輸和軍工等重新定義制造。為了加速這一進程，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家們正在探索利用3D打印無可比擬的靈活性，按需制造出靶（targets）并用于測試材料在極端條件下的性能。

通過一種被稱為雙光子聚合激光直寫（2PP DLW）的增材制造工藝，由LLNL領導的研究小組已經制備出首個毫米大小的低密度泡沫儲層靶，該對象具備納米尺寸的特征并可在紐約Rochester的OMEGA激光器上進行材料測試，他們是首個使用該工藝制造精密宏觀部件的研究團隊。這項針對Omega研究的主要目的是要把相同的工藝用在美國國家點火設施（National Ignition Facility Project，簡稱NIF），在這里需要制備類似的部件以改進未來的靶的性能。

得益于3D打印技術，LLNL的博士后James Oakdale已經能夠在短短幾個小時內制造出這些聚合物泡沫靶部件，而不是傳統的需要幾個星期。對于制造控制的改進也意味者研究人員可以更加輕松地改變這些材料的屬性，比如密度、彈性和脆性。

“原來在靶制備出錯時，要把它換掉需要花上兩個月的時間。”Biener說。“而現在我們可以第二天或者甚至一夜之間做到，這種方式的優點是我們在開發一個靶部件的時候從概念到交付所需的時間被大幅壓縮，它也為你創造以前無法使用傳統制造技術實現的對象打開了大門。”

據悉，這種通過高功率激光系統（比如OMEGA或NIF）進行的材料強度測試通常被用于驗證材料在強大壓力下性能的計算機模型。Biener說這種2PP DLW 3D打印技術也可以用來開發用于高通量“鳥槍實驗（shotgun experiment）”的材料庫，這些材料庫通常每個庫包含幾百種材料，而每種材料會在特征尺寸和其它屬性上稍有不同。

按照LLNL靶S&T團隊負責人Michael Stadermann的說法，對于NIF來說，3D打印技術的按需制造能力是很有吸引力的，而且能夠縮短未來實驗的周期。

“它這很容易控制你正在測試的對象，而且你在3D打印出來后不需要任何機加工。”Stadermann說，“能夠按照你想要的形狀打印出東西是真正有用的，尤其是對于那些無法進行加工的材料。”

最后，研究人員也可能會看到將3D打印用于靶制造也會帶來成本上的優勢成本，Stadermann補充說。

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