仿生理性设计的双材料3D打印软硬界面

硬材料和软材料的耐用界面是由随之而来的应力集中引起的主要设计挑战。在自然界中，软硬界面表现出卓越的机械性能，界面处几乎不会发生失败。在这里，我们模仿自然界中观察到的策略来设计高效的软硬界面。我们的几何设计基于三重周期最小曲面（即八面体、钻石和螺旋表面）、类似胶原蛋白的三螺旋结构和随机分布的颗粒。我们采用了一系列计算模拟和实验技术，包括单轴拉伸和四重剪切测试，来表征这些界面的机械性能。我们的分析表明，平滑的指状连接、柔性的梯度过渡以及减少或限制应变集中会导致界面同时具有强度和韧性。我们生成了额外的界面，其中上述增强机制协同作用，创造出接近可实现上限强度的软硬界面，且相比于对照组，其韧性值提高了50%。