密歇根大学与美国空军研究实验室的研究人员近日演示了如何通过3D打印技术制造具有特殊内部几何结构的管状构件，从而实现振动阻断。这项发表于《Physical Review Applied》的研究基于数十年理论积累与计算工作，成功创建出能被动阻止振动传播的新型材料。

AFRL研究助理James McInerney表示："创新之处在于我们真正实现了理论落地——这些结构可以被实际制造出来。我们相信该技术具有广阔应用前景，当前案例体现的是隔振性能。"这项获得DARPA及海军研究办公室资助的研究，汇集了密歇根大学Mao Xiaoming与Serife Tol、德克萨斯大学Othman Oudghiri-Idrissi以及AFRL的Carson Willey与Abigail Juhl等多位学者的智慧。

几何结构主导性能突破

尽管本研究运用了现代3D打印技术，但其理论基础源远流长。以电磁学与热力学贡献闻名的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，早年曾对力学领域进行探索并建立了稳定重复结构的设计原理。二十世纪后半叶，物理学家在材料边界处发现异常现象，由此催生的拓扑学持续为当代材料设计提供理论支撑。

近年来，McInerney团队一直致力于将这些理论成果应用于隔振领域。他们不仅建立了理论模型，更采用尼龙材料3D打印出实体结构，在实践中验证了设计理念。这种被命名为"笼目结构管"的构件，其灵感来源于日本传统编篮工艺，整体犹如将折叠链式围栏卷成管状，并形成内外层连接的特有构造。

McInerney指出："这只是挖掘此类结构潜力的第一步。"研究同时揭示了性能平衡难题：结构隔振性能越强，其承重能力就越弱，这为后续研究指明了方向。"由于涉及的全新物理行为，我们不仅需要完善模型，更需建立配套测试方法，解读实验数据，最终将结论融入设计流程。在讨论具体应用之前，这些基础问题亟需解决。"

3D打印推动材料设计革新

AFRL与密歇根大学研发的笼目结构管证明，3D打印技术不仅能塑造外形，更能通过几何设计调控材料特性（如阻断振动）。无独有偶，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队今年7月开发出模仿自然界刚柔并济结构（如软骨包裹的骨骼）的新型制造方法。通过不同波长光线调控材料柔性与刚性，该技术可实现多材料构件的一体化打印，在假肢、医疗器械、可拉伸电子设备与软体机器人领域展现应用潜力。

更早的2020年，美国国家标准与技术研究院的研究人员通过采用电子束与X射线替代传统紫外或可见光，推动了凝胶与软材料的3D打印技术发展。这些短波长光束可实现100纳米尺度的精细结构制造，为材料性能调控提供了前所未有的精度。