格拉斯哥大学联合意大利马尔凯理工大学、拉奎拉大学及国家核物理研究所的研究人员，成功开发出一种在撞击下能发生扭转变形的3T打印材料，为车辆自适应碰撞防护提供了新可能。

领导该研究的格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院Shanmugam Kumar教授表示："当今大多数车辆使用的防护材料是静态的，仅针对特定碰撞场景设计，无法适应多变条件。这项研究引入了自适应扭转超材料，这类新型材料无需复杂电子或液压系统即可实现自适应，仅通过机械控制旋转就能调节特性。当我们施加压缩时，螺旋二十四面体晶格会将其转化为扭转，通过改变边界条件就能调节能量吸收特性。这些材料能根据撞击类型和强度自主调整特性以减轻冲击影响。"

自适应扭转设计

发表于《先进材料》期刊的论文《自适应扭转超材料》采用独特的螺旋二十四面体晶格结构。与传统泡沫或吸能区提供固定阻力不同，这种材料能通过机械方式调整对不同撞击的响应：可为剧烈碰撞提供更强刚性支撑，也可为轻微撞击提供更柔和的缓冲。

该材料通过增材制造技术使用钢材制成，工艺可精确控制复杂的高孔隙率晶格结构。当受到压缩时，螺旋结构会像开瓶器般旋转扭曲，从而消散冲击能量。

实验室测试观察了材料在快速冲击和渐进应变下的三种构型表现：当扭转受限时达到最大刚度，每克吸收15.36焦耳能量；允许自由扭转时刚度和能量吸收降低约10%；过度扭转则使能量吸收下降33%。这些结果表明该材料能提供从刚性防护到柔性缓冲的连续保护谱系。

研究团队通过理论模型与计算模拟预测了扭转晶格在不同应变率下的行为，并采用微CT扫描量化3D打印过程中的几何缺陷，确保仿真与实验的精确吻合。

Kumar表示："我们相信这种材料未来可在汽车和航空航天安全领域应用，成为能根据需求自适应调整的新型材料。它还能通过将冲击转化为旋转动能，支持新型能量收集技术的开发。"

3D打印晶格结构研究进展

除车辆安全领域外，类似的3D打印晶格结构正在其他领域提升刚度、能量吸收和振动管理性能。

皇家墨尔本理工大学研究人员受深海海绵"维纳斯花篮"启发，创建了仿生双晶格结构。相较于传统拉胀材料，该结构刚度提升13倍，能量吸收提高10%，并能在大60%的应变范围内保持拉胀行为。据《复合材料结构》期刊发表的论文，其应用可涵盖建筑、防护装备和医疗植入物。研究第一作者马佳明博士指出，该双晶格结构优化了载荷分布与抗变形能力。

另一项突破中，苏黎世联邦理工学院Chiara Daraio教授团队开发出嵌入钢质立方体的刚性塑料晶格，既能承重又能吸收振动。钢立方作为共振器阻止振动在结构中传播，使其适用于航天器、涡轮转子和火箭。课题组博士后Kathryn Matlack解释道："振动不会传递至整个结构，而是被钢立方和内部塑料网格杆捕获，因此结构另一端保持静止。"