IMDEA材料研究所与马德里理工大学的研究人员开发了一种基于设计的驱动方法，显著提高了3D打印镍钛合金超材料的可变形性。

镍钛合金因其超弹性和形状记忆特性，广泛应用于生物医学器件和高性能工程领域。激光粉末床熔融长期以来被认为是该合金领先的增材制造技术，但历史上生产的部件其可变形性仅为传统制造镍钛合金的一半左右。此外，经增材工艺处理的粉末也会导致更脆的结果。

"虽然LPBF仍是镍钛合金增材制造的黄金标准，但这些增材制造的NiTi部件的形状记忆和超弹性性能尚无法与更传统的工业工艺相媲美，"IMDEA材料和UPM的研究员卡洛斯·阿吉拉尔·维加表示。"实际上，这意味着迄今为止我们还无法通过设计来利用增材制造技术提供的对机械性能的更强控制，也无法充分运用其几何复杂性来制造镍钛合金结构。"

研究团队开发了一个基于算法的设计框架，用以创建交织的超材料结构——包括网格、球体和环状结构——通过几何设计来放大机械性能。该方法产生了两种主要结构系列：管状格架和圆柱形编织结构。机械测试表明，仅通过设计就可以在几个数量级范围内调节刚度、承载能力、能量吸收和韧性。

为了验证结构精度并确保可打印性，团队将打印样品的计算机断层扫描结果与来自3D打印切片软件的数字模型进行了交叉比对。

"这项工作首次展示了基于设计的增材制造超弹性镍钛合金优化，表明当前增材制造工艺固有的机械缺陷可以通过架构设计得到有效缓解，"阿吉拉尔·维加表示。

来自UPM和IMDEA材料的合著者安德烈斯·迪亚斯·兰塔达教授将这些结构描述为有史以来制造的最复杂形状的编织镍钛合金部件之一。"令人充满希望的是，它们代表了超弹性合金增材制造的一项突破，并证明了通过LPBF技术实现自支撑NiTi编织结构的可能性，"他说。

研究团队包括IMDEA的Óscar Contreras、Muzi Li博士、Vanesa Martínez博士、Amalia San Román和Jon Molina教授，以及UPM的Rodrigo Zapata Martínez。