澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）與法國(guó)國(guó)立工藝學(xué)院（CNAM）的研究團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》期刊發(fā)表成果，成功研制出一種3D打印鈦合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在遭遇支柱斷裂或?qū)訝钇茡p時(shí)仍能保持浮力，解決了傳統(tǒng)金屬部件遇水易沉的難題。

以往漂浮組件多依賴防水塑料、泡沫或中空金屬艙室，一旦進(jìn)水便會(huì)下沉。開(kāi)放式的金屬網(wǎng)格雖表觀密度低，但水流會(huì)填滿間隙導(dǎo)致整體下墜。研究團(tuán)隊(duì)采用Ti-6Al-4V鈦合金通過(guò)激光粉末床熔融技術(shù)打印網(wǎng)格，使內(nèi)部支柱呈中空狀態(tài)并構(gòu)成連通的微通道網(wǎng)絡(luò)。研究人員僅在這些通道內(nèi)填充膨脹型聚氨酯泡沫，支柱間的空隙則保持開(kāi)放以允許水流自由通過(guò)。由于每根填充通道均形成獨(dú)立的密封浮力單元，浮力得以均勻分散至整個(gè)構(gòu)件。研究以“骨架密度”為參考基準(zhǔn)，只要該值低于水的密度，即使水流穿過(guò)開(kāi)放孔洞，結(jié)構(gòu)依然能夠漂浮。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了直徑2.5至4.0毫米的通道規(guī)格。淡水環(huán)境中，混合材質(zhì)網(wǎng)格持續(xù)漂浮超過(guò)兩個(gè)月，而未填充的純鈦網(wǎng)格迅速下沉。一款高約100毫米、寬85毫米的3D打印浮標(biāo)在天然海水中實(shí)現(xiàn)自主漂浮，在湍流及傾斜角度達(dá)45度時(shí)仍保持穩(wěn)定。測(cè)試表明，出現(xiàn)裂紋、節(jié)點(diǎn)斷裂甚至單層完全破裂均未導(dǎo)致網(wǎng)格下沉，僅在遭受強(qiáng)烈壓縮致使結(jié)構(gòu)致密化后才會(huì)失去浮力。

數(shù)據(jù)顯示，Zui輕的Ti-6Al-4V與聚氨酯復(fù)合網(wǎng)格密度約為0.27克/立方厘米，抗壓屈服強(qiáng)度為10.3兆帕。其密度表現(xiàn)優(yōu)于高密度聚乙烯和316L不銹鋼。在海水中浸泡兩周后，該材料質(zhì)量?jī)H損失0.15%，強(qiáng)度下降幅度不足1%。

研究指出，短期內(nèi)難以用此技術(shù)制造船舶，未來(lái)更可能應(yīng)用于浮式傳感器、航標(biāo)、碼頭系泊、海洋支架、水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備及水下部件等場(chǎng)景。此類應(yīng)用對(duì)耐腐蝕性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及受損狀態(tài)下維持浮力的能力要求較高。