法國和德國的研究人員團隊最近已經取得了3D打印突破，這不僅僅是針對3D打印技術，而是一般的物理材料。他們創造了一種新型的複合材料“元材料”，其3D結構使其表現為反直覺的方式，似乎違背了物理學規律。當壓力放在其上時，材料會膨脹，而不是收縮。
該項目由德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）和法國國家科學研究中心的成員進行，其工作成果發表在“應用物理學報”上。用於該項目的基材是像幾乎所有的材料一樣，在靜水壓力下被壓縮，這被稱為具有正的有效靜態壓縮性。該團隊希望看到是否可以使用3D打印來製作新的複合材料，從而顯示出負的有效的靜態壓縮性。
被稱為多孔彈性三維超材料，當週圍氣體或液體的靜水壓力增加時，他們打算生產的3D印刷複合材料將會有效地膨脹。顯然沒有一個基本的普遍的物理定律實際上被打破了，但材料的可衡量的行為確實給人以壓力增加的壓力增加的印象，似乎違反了節能和穩定的規則。
材料的結構是其看似反直覺的屬性所在的祕密。研究人員使用3D打印技術來設計一箇中空的三維交叉結構，在十字架的每一端都有圓形的膜片。應用物理研究所和納米技術研究所的博士生和研究員Jingyuan Qu解釋說，“類似於鼓，如果外部壓力大於十字架內封閉體積的壓力，這些膜會向內翹曲。通過條適當地連接這些膜，並且通過在一個單元電池內使用八個這樣的三維交叉，可以在增加壓力時獲得各向同性的有效體積增加 - 負的有效壓縮性。
該結構意味著材料的可見體積在壓力下增加，而由其包圍的總體積減少，正如您所期望的。總體積實際上不是直接感知的，這就是為什麼材料以令人驚訝的方式表現出來似乎是這樣的。現在，超材料的行為已經在虛擬3D環境中成功測試，團隊正在開始實際製作材料的過程。工程仿真軟件已經證明了材料在理論上是可打印的，但在實踐中，結構的具體細節以前沒有實現。
超材料的隱藏體積只能使用添加劑製造工藝，而不是依賴於去除材料來構建這些類型的結構的常規加工技術。這就是為什麼3D打印允許這樣一個開創性的材料被設計和潛在的製造用於實際的實驗測量。基於激光的3D打印技術，如SLS，能夠在納米尺度上構建結構，這對於這種類型的材料至關重要。這種超材料需要的前所未有的隱藏體積，封閉結構意味著它將是3D打印技術的一個重大挑戰，但希望可以做到這一點。
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