全球首個陶瓷4D打印系統(tǒng)“出爐”

劉霞

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，香港城市大學(xué)的研究團隊成功開發(fā)出全球首個陶瓷4D打印系統(tǒng)，打印出來的陶瓷堅固且擁有復(fù)雜的形狀，有望在電子和航空航天領(lǐng)域大展拳腳。

陶瓷的熔點很高，因此難用傳統(tǒng)的激光打印技術(shù)制造；現(xiàn)有的3D印刷陶瓷前體通常很難變形，讓制造復(fù)雜形狀的陶瓷困難重重。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，機械工程系主任呂堅（音譯）教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)出了一種新型“陶瓷墨水”，它是聚合物和陶瓷納米粒子的混合物。用這種新型陶瓷墨水打印出來的3D陶瓷前體非常柔軟，可拉伸到初始長度的3倍。這些柔韌且可拉伸的陶瓷前體通過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚涂芍圃斐鰮碛袕?fù)雜形狀的陶瓷。而且，在此基礎(chǔ)上，研究團隊開發(fā)出了兩種陶瓷4D打印方法。

4D打印是傳統(tǒng)3D打印加上第四維度——時間，在第四維度中，打印物體可在外部環(huán)境（例如機械力、溫度或磁場）的刺激下，隨著時間的推移重新成形或自我組裝。在最新研究中，該團隊利用存儲在拉伸的陶瓷前體中的彈性能量讓陶瓷變形。當(dāng)拉伸過的陶瓷前體被釋放時，它經(jīng)歷自我重整，熱處理后，前體變成陶瓷，得到的陶瓷堅固且擁有高壓縮強度—密度比。另外，與其他打印陶瓷相比，它們可以形成擁有高強度的大尺寸結(jié)構(gòu)。

呂堅說：“憑借印刷陶瓷前體的變形能力，其應(yīng)用可能非常大。一個有希望的應(yīng)用是制造電子產(chǎn)品。”在傳輸電磁信號方面，陶瓷材料比金屬材料性能更優(yōu)異。此外，陶瓷的藝術(shù)特性及其形成復(fù)雜形狀的能力也為消費者提供了獲得定制陶瓷手機背板的潛力。

這項創(chuàng)新還可應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。呂堅解釋說：“由于陶瓷是一種能承受高溫的機械強度高的材料，因此4D打印陶瓷有很大潛力用作航空航天領(lǐng)域的推進部件?！?/p>

呂堅表示，下一步是提高材料的力學(xué)性能，例如降低其脆性。