基于3D打印的木材细胞壁仿生设计

木材中起骨架作用的纤维素是以不同螺旋结构的微纤丝形式存在于细胞壁中。本文通过将3D打印技术与仿真模拟相结合,研究木材细胞壁的纤维螺旋增强结构。使用微晶纤维素(MCC)/聚乳酸(PLA)复合材料,在对MCC/PLA复合材料各项性能进行测试的基础上,借助3D打印技术构建木材细胞壁螺旋结构,通过改变纤维取向和纤维孔状结构编程合成结构的力学功能。有限元仿真则用于强调纤维在刚性单元之间的载荷传递机制中的关键作用。结果表明：通过编程纤维的取向和结构可以宏观调控结构的性能,其中纤维的交叉结构作为一种优化设计可以用于提高结构成型制品的力学性能。这些结构可以被组装成更大的系统,用于构建具有优化特定功能的模块化复合材料;在异质结构设计和新型复合材料制造领域中均具有潜在的应用价值。