普林斯顿土木工程团队受深海海绵启发出多材料3D打印混凝土，在水泥层间嵌入聚合物薄层，断裂韧性提高187倍。
3D打印混凝土有一个根本缺陷：脆。水泥基材料能承受巨大压力，但一旦开裂，裂缝会以灾难性的速度贯穿整个结构。普林斯顿大学的Reza Moini团队找到的答案藏在深海。
结合了不同材料层的海绵能抵御海浪冲击
他们受一种叫维纳斯花篮的深海海绵启发。这种海绵的二氧化硅骨架由软硬交替层构成，裂缝在里面无法直线传播，会被不断偏转和捕获。团队造了一台定制的多材料3D打印机，在打印砂浆的同时每隔一层挤出一条极薄的聚合物，就像在书页之间夹了有弹性的书签。
结果混凝土和聚合物的复合材料断裂韧性提高了187倍，延展性提高了22.6倍，而强度恢复到与纯水泥统计上无差异的水平。原理不是增强材料本身，而是设计裂缝的路径。当裂纹穿过硬水泥层遇到软聚合物层时，聚合物像绷带一样桥接损伤区域，迫使裂缝转向或停滞。
混凝土和薄聚合物的交替层使新型复合材料能够吸收能量
论文第一作者Aimane Najmeddine强调，不能随便加一层软的就行，厚度和刚度必须一起设计。更薄、更硬的聚合物层能更好地传递应力，同时保留阻止裂纹的功能。这项研究的起点很特别，2011年一个本科生William Makinen把多材料混凝土3D打印选为毕业设计题目，团队随后花了几年完善打印控制和数字工作流。应用前景包括结构墙、防护构件和抗震基础设施。