世界上第一个4D陶瓷打印

研究人员香港城市大学(CityU)成功创造了世界上第一个陶瓷4D打印，实现了材料研究的创新进展，陶瓷具有机械强度，可以有多面形状。亚博网站下载这将开启陶瓷结构应用的新篇章。

陶瓷具有很高的熔点，因此很难用传统的激光打印技术来制造陶瓷。目前的3d打印陶瓷前驱体通常很难变形，这也推迟了多面形状陶瓷的生产。

为了应对这些挑战，城市大学的团队创造了一种独特的“陶瓷墨水”，它是聚合物和陶瓷纳米颗粒的混合。yabo214使用这种新型油墨打印的3d打印陶瓷前驱体很柔软，可以拉伸到原来长度的三倍。这些柔韧、可拉伸的陶瓷前驱体可以做出复杂的形状，比如折纸。通过适当的热处理，可以制成具有多面形状的陶瓷。

该团队由陆健教授领导，陆健教授是机械工程副校长(研究和技术)和讲座教授，他是一位杰出的材料科学家，研究兴趣涵盖从制造纳米材料和先进的结构材料到表面工程的计算模拟。亚博网站下载

随着弹性前体的进步，研究团队又完成了一项创新，制定了两种陶瓷4D打印技术。

4D打印是传统的3D打印，集成了额外的时间元素作为第四维，打印的物体可以随着时间的推移在外部刺激(如温度、机械力或磁场)下重新塑造或自我组装。

在这项研究中，研究小组利用储存在拉伸前体中的弹性能量来改变形状。当拉伸的陶瓷前体被释放时，它们经历了自我重塑。经过热处理后，前驱体变成陶瓷。

合成的弹性体衍生的陶瓷具有很强的机械强度。在1.6 g cm上具有较高的抗压强度与密度比(547 MPa)³微晶格)，它们可以制成比其他打印陶瓷更高强度的大尺寸。

“整个过程听起来很简单，但事实并非如此，”陆教授说。从制作油墨到开发印刷系统，我们尝试了很多次和不同的方法。就像挤压蛋糕上的糖霜一样，有很多因素会影响结果，从奶油的类型、喷嘴的大小、挤压的速度和力度，以及温度。”

团队花了两年半的时间，克服了现有材料的限制，开发出了整个4D陶瓷打印系统。亚博网站下载

在第一种成型技术中，3d打印陶瓷前驱体和衬底首先使用创新油墨打印。利用双轴拉伸装置拉伸基片，并在基片上印制连接前驱体的接头。然后将前驱体放置在拉伸的衬底上。在电脑程序控制的时间和释放拉伸基板，材料变形成预定的形状。亚博网站下载

在第二种技术中，设计好的图案直接印在拉伸的陶瓷先驱体上。然后在计算机编程控制下释放，经历了自我变形的过程。

这一突破发表在最新一期的顶级学术期刊《科学进展》上，标题为“弹性体衍生陶瓷结构的折纸和4D打印”。亚博老虎机网登录研究团队成员均来自香港城市大学，包括研究助理刘国博士、高级副研究员赵燕博士和研究员吴戈博士。

“由于打印陶瓷前驱体具有多用途的变形能力，它的应用将是巨大的!”陆教授说。一个潜在的应用将是电子设备。陶瓷材料在传递电亚博网站下载磁信号方面比金属材料有更好的性能。随着5G网络的兴起，陶瓷产品将在电子产品生产中发挥更重要的作用。陶瓷的创造性本质及其形成复杂形状的能力也为消费者量身定制独特设计的陶瓷手机背板提供了可能性。

此外，这一创新可以应用于航空领域和空间探索。“由于陶瓷是一种机械坚固的材料，可以承受高温，4d打印陶瓷有很高的潜力用于航空航天领域的推进组件，”陆教授说。

吕教授对材料和4d打印方法的突破感到满意，他说接下来的步骤是改善材料的机械性能，比如降低其脆性。