天然復合材料如木材和骨頭，其可以說是輕質和密度與所需的機械性能進行了完美的結合，這通常是由于系統內纖維的復雜和多樣化排列造成的。盡管人類已經能夠制造出越來越復雜的復合材料，但是，想要再現自然界中發現的特殊機械性能和復雜微結構，則仍頗具挑戰。

 

       來自哈佛JohnA.Paulson工程與應用科學學院（SEAS，Cambridge，MA，US）的研究人員，提出了一種受自然復合材料啟發的全新3D打印方法。這項新技術是為了能夠在打印部件的每個位置都實現最佳的短纖維排列。

 

       該研究的資深作者Jennifer A Lewis，以及哈佛海洋生物啟發工程學院Hansjorg Wyss教授說：“能夠在工程復合材料中局部控制纖維取向是一個巨大的挑戰。現在我們可以用分層的方式對材料進行圖案化，就像自然構建的方式一樣。”

 

       該團隊的論文發表于2月份的《美國國家科學院院刊》上，并稱這種方法為“旋轉3D打印”技術。該方法通過使用能夠控制噴射速度和旋轉角度的噴嘴，來對聚合物基體中的嵌入式纖維的排列進行編程，創建出對強度、剛度和損傷容限進行優化的結構材料。

 

       雖然劉易斯的團隊致力于制造碳纖維環氧樹脂復合材料，但該方法可能具有深遠的應用前景。旋轉噴嘴理論上可以用于任何材料的擠出打印方式，從熔融絲制造、直接墨水書寫，到大規模熱塑性添加劑制造以及任何填充材料。

 

        生物復合材料通常具有顯著的機械性能：單位重量的高剛度、高強度以及高韌性。設計由生物復合材料啟發的工程材料的突出挑戰之一，即在小范圍和局部水平上控制纖維排列。哈佛大學團隊的這一成果則證明了這一方式的可行性，是生物復合材料設計的一大飛躍。