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香港城市大學(xué)實現(xiàn)全球首次陶瓷4D打印
中新網(wǎng)8月22日電 據(jù)香港《文匯報》報道，香港城市大學(xué)呂堅教授團隊近期在材料研究方面取得突破性進展，實現(xiàn)全球首次陶瓷4D打印，并提出“3D打印彈性體-自變形-陶瓷化”的4D打印陶瓷概念。這種新型材料，不僅非常堅固，而且可以打印出復(fù)雜形狀，在3C產(chǎn)品、航天器零部件特別是航空發(fā)動機制造等方面，擁有很大應(yīng)用潛力。
據(jù)報道，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，陶瓷已逐步成為新材料的重要組成部分，是許多高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的重要關(guān)鍵材料，尤其受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的關(guān)注，其發(fā)展在很大程度上也影響著其他工業(yè)的發(fā)展和進步。
呂堅教授表示，在過去數(shù)十年研究增材制造、3D打印的基礎(chǔ)上，他率領(lǐng)團隊進行陶瓷材料研究。在國家自然科學(xué)基金委等機構(gòu)的支持下，呂堅通過2年半的努力，在全球首次實現(xiàn)陶瓷4D打印。
呂堅表示，陶瓷的熔點很高，常規(guī)的激光打印技術(shù)制造陶瓷非常困難，而現(xiàn)有的3D打印技術(shù)制造的陶瓷前驅(qū)體通常難以變形，影響了復(fù)雜形狀陶瓷制品的生產(chǎn)。為此，呂堅團隊研制出由某種聚合物和陶瓷納米粒子混合而成的“陶瓷墨水”。使用這種“墨水”的3D打印陶瓷前驅(qū)體非常柔軟，令陶瓷4D打印成為可能。
呂堅稱：“4D打印，一般是指在3D打印的基礎(chǔ)上增加一個時間維度，使得在熱、水、磁場等一定刺激下，4D打印的物體可以隨時間推移變形或自我重塑。”
呂堅表示，其研究團隊共研究出2套陶瓷4D打印的方法。利用受到拉伸的陶瓷前驅(qū)體中所儲存的彈性能量來進行變形，當(dāng)拉伸過的陶瓷前驅(qū)體被釋放時，它們就會自我重整，經(jīng)過加熱處理后，前驅(qū)體變成陶瓷制品。
呂堅介紹，4D打印出的陶瓷產(chǎn)品，具有多方面優(yōu)勢。首先，當(dāng)需要制造一系列相似形狀的陶瓷時，4D打印只需要相對簡單的圖紙設(shè)計，就可衍生出一系列形狀相似且連續(xù)可變的結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)3D打印只能1張圖紙對應(yīng)1個結(jié)構(gòu)。4D打印陶瓷將十分高效，尤其是在定制設(shè)計上。
此外，呂堅團隊研究提出的“3D打印彈性體-自變形-陶瓷化”的4D打印陶瓷的概念，可有更廣泛的變體和應(yīng)用，譬如引入形狀記憶變形等，令4D打印方法上的多樣性，為設(shè)計制造用其他方法很難實現(xiàn)的復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)提供巨大的自由度。同時，作為陶瓷前驅(qū)體的彈性體具有強變形能力，可提高結(jié)構(gòu)材料適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的能力。陶瓷結(jié)構(gòu)具有很高的比強度，并且可以兼具高強度和大尺度。
