格拉斯哥大学领导的工程师团队使用 3D 打印技术为称为聚醚醚酮或 PEEK的塑料添加了新特性。这种新型轻质、抗冲击的塑料“蜂窝”结构可以感知何时受损，可用于新型“智能”假肢和医疗植入物。

将非导电材料转化为导电材料

PEEK 的机械性能以及耐高温和耐化学品性使其可用于航空航天、汽车和石油和天然气领域的广泛应用。该团队在其蜂窝 PEEK 结构中添加了微型碳纤维，使这种通常不导电的材料能够在其整个结构中携带电荷。

他们想研究损坏其导电蜂窝 PEEK 复合材料是否会影响其电阻。如果是这样，它可以赋予新材料“自我感知”的能力——例如，允许髋关节植入物报告其导电性何时发生变化，表明它已经磨损并需要更换。

不同的蜂窝组合

为了测试他们设计的自感知能力，他们使用 3D 打印创建了三种不同的蜂窝结构：六边形结构、十字形手征结构和使用碳纤维 PEEK 材料和传统材料的六面折返设计，窥视。

然后，他们让细胞结构承受两种类型的载荷，以比较它们各自吸收能量的能力。在挤压测试中，在结构坍塌之前施加一致的压力，碳纤维 PEEK 的每种设计都优于其传统的 PEEK 对应物，后者能够承受更高的压力。

然而，在冲击测试中，当重物从高处落到结构上时，三种碳纤维 PEEK 结构表现出更强的抗损坏能力。碳纤维 PEEK 的六边形蜂窝结构具有最佳响应，比其他任何一种都能承受更大的影响。

在压碎测试中，研究人员还测量了碳纤维 PEEK 蜂窝结构在三种不同结构受到应变时对电荷的抵抗力。外加应变电阻的变化——一种被称为压阻灵敏度的损伤进展量度——随着压缩应变的增加而降低，当结构被完全压碎时，电阻几乎完全丧失。观察到的不同配置的不同规格因子与其吸收能量的能力相关的损伤增长速率相关，这表明碳纤维 PEEK 的压阻性可能有助于创建新一代智能轻质多功能结构。

未来在众多行业的应用

研究人员说， PEEK 的独特性能使其对许多工业部门来说都是无价的，我们希望碳纤维工程 PEEK 蜂窝我们能够通过 3D 打印构建的结构将开辟更多的可能性。

3D 打印使我们能够极大地控制蜂窝结构的设计和密度。与传统上用于医疗植入物（如髋关节或膝关节置换术）的固体金属合金相比，这可能使我们能够制造出更接近天然骨骼生理的材料，从而可能使它们更舒适、更有效。

我们希望我们开发的这些微工程轻量级自感应 PEEK 的细胞形式将在广泛的领域中找到新的应用，不仅在假肢和其他医疗设备中，而且在汽车设计、航空航天工程和石油和天然气部门。