澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出一種3D打印鈦合金晶格結(jié)構(gòu)。該材料在承受裂紋擴(kuò)展、連接點(diǎn)斷裂甚至單層桁架損壞的情況下，仍能持續(xù)漂浮于水面。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《先進(jìn)材料》期刊。

傳統(tǒng)鈦合金（如Ti-6Al-4V）密度約為4.43克/立方厘米，是淡水密度的四倍以上，通常直接入水會(huì)迅速下沉。為克服這一物理限制，團(tuán)隊(duì)采用激光粉末床熔融技術(shù)，將鈦材制成壁厚僅0.2毫米、內(nèi)部通道直徑2.5至4毫米的微型空心桿件網(wǎng)絡(luò)，并在外部保留大空間以允許水流通過(guò)。

制造完成后，研究人員向互聯(lián)的內(nèi)部通道中注入膨脹型聚氨酯泡沫。泡沫僅在桿件內(nèi)部形成10至200微米的封閉氣室以捕獲氣體，并未填滿桿件間的宏觀空隙。這種設(shè)計(jì)引入了“骨架密度”概念，即僅計(jì)算能有效排開(kāi)水的實(shí)體部分。測(cè)試表明，骨架密度低于0.997克/立方厘米的樣品可穩(wěn)定漂浮，高于此值則下沉。加入泡沫使表觀密度僅增加約5.9%至7.3%，對(duì)屈服強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和剛度的影響極小。

該混合材料的比強(qiáng)度優(yōu)于海洋應(yīng)用中常用的HDPE塑料和316L不銹鋼。在淡水壓縮測(cè)試中，部分樣品在超過(guò)Zui大抗壓極限后仍保持漂浮狀態(tài)。當(dāng)單個(gè)節(jié)點(diǎn)斷裂或裂紋蔓延導(dǎo)致桁架?chē)?yán)重受損時(shí)，材料并未立即沉沒(méi)。只有當(dāng)結(jié)構(gòu)被極度擠壓進(jìn)入致密化階段、體積大幅縮減導(dǎo)致整體密度超過(guò)水體時(shí)才會(huì)下沉。聚氨酯泡沫在此過(guò)程中充當(dāng)分布式屏障，阻斷水分沿連通管道快速侵入的路徑。

團(tuán)隊(duì)將樣品置于墨爾本菲利普灣的天然海水環(huán)境中浸泡兩周。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，材料維持浮力，質(zhì)量損失僅為0.15%，強(qiáng)度下降幅度不足1%。隨后，研究人員打印了一枚高100毫米、寬85毫米的小型海洋浮標(biāo)原型。在模擬湍流環(huán)境中，該浮標(biāo)在反復(fù)傾斜至45度角的過(guò)程中始終保持漂浮，且未依賴任何外部密封殼體、額外防腐涂層或獨(dú)立浮力組件。

目前團(tuán)隊(duì)計(jì)劃擴(kuò)大該技術(shù)規(guī)模，并延長(zhǎng)其在深海及復(fù)雜海洋條件下的觀測(cè)周期。此外，該金屬架構(gòu)具備模塊化潛力，未來(lái)可通過(guò)替換內(nèi)部填充物來(lái)調(diào)整功能，例如用于能量吸收、振動(dòng)控制或熱管理。