泡沫填充的支柱使这种轻质结构在遭受重大损坏时仍能保持漂浮。
一种允许水从其开孔中穿过的钛结构，可能为建造浮标、栈桥和漂浮传感器提供一种新方法。
由皇家墨尔本理工大学（RMIT University）牵头的研究人员开发出了一种填充泡沫的金属晶格，该结构在受损后仍能漂浮，并且在相同整体密度下性能优于常见的海洋材料。
这项研究描述了一种3D打印的中空互连钛支柱框架，支柱内部填充了聚氨酯泡沫。样品在淡水中保持漂浮超过两个月，同时海水测试还检验了其耐腐蚀性以及原型浮标的稳定性。
让开放式金属结构漂浮起来
金属晶格可以很轻，但它们的开放空间带来了一个问题：水进入框架后会导致其下沉。
研究人员通过仅在中空支柱内填充泡沫来解决这一问题，从而让较大的开孔仍可供水流通过。
“通过仅在空心钛支柱中填充聚氨酯泡沫，我们创造出了一种结构，它允许水流过其中，同时即使在出现显著开裂和损坏后仍能保持浮力，”该项目首席研究员乔丹·诺罗尼亚博士表示。
研究团队开发了一种名为“骨架密度”的指标来预测漂浮性能。与将晶格开放空间也计入在内的传统密度计算不同，该指标只考虑钛壁和排开水体的泡沫填充通道。
如果它们的综合骨架密度低于周围液体的密度，那么即使水占据了其外部开孔，该结构也能漂浮。
强度在海水暴露后依然保持
在相同整体密度下，该钛结构的强度比常用于海洋应用的不锈钢或高密度聚乙烯高出70%。
短期腐蚀测试包括将该晶格浸泡在来自墨尔本菲利普港湾的天然海水中。两周后，其质量损失了0.15%，而强度下降不到1%。
该结构在出现裂纹、关键连接处受损以及整个晶格层断裂后仍保持漂浮。只有在遭受严重压碎和压实后它才会下沉。
“泡沫中微小的密封泡孔会困住气体，防止水灌入空心支柱，”诺罗尼亚说。
这种分布式保护有助于解释为什么局部损坏不会立即导致下沉。相比之下，传统的中空海洋结构在壁面开裂时可能会迅速进水。
原型指向更大规模试验
为了展示该设计，研究人员制造了一个海洋浮标，该浮标在一个可旋转至45度的湍流海水水槽中保持稳定。它不需要密封外壳、保护涂层或额外的浮力装置。
项目负责人马前特聘教授表示，下一步工作包括制造更大的演示部件，并在真实的海洋和深海条件下评估其长期性能。
这些试验将超出目前所报告的短期海水暴露范围。
研究人员还看到了海洋基础设施之外的潜力，包括通过改变钛框架内部的填充材料来实现能量吸收、热管理和振动控制。
皇家墨尔本理工大学增材制造中心牵头开展了这项研究，合作方为法国国立工艺学院。该研究已发表在《先进材料》期刊上。
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