全球首个4D陶瓷打印系统“出炉” 加上第四维度——时间

新华社北京8月20日电(记者刘霞)据物理学家组织网近日报道，香港城市大学的研究团队成功研制出世界上第一台陶瓷4D印刷系统。印刷陶瓷是固体，形状复杂，有望在电子和航空领域发挥积极作用。

图片说明:印刷陶瓷产品，如悉尼歌剧院

来源:物理学家网络

陶瓷的熔点很高，用传统的激光印刷技术很难制作陶瓷。现有的3D印刷陶瓷前体通常难以变形，使得难以生产具有复杂形状的陶瓷。为了应对这些挑战，机械工程系主任陆健教授领导的团队开发了一种新型的“陶瓷墨水”，这种墨水是聚合物和陶瓷纳米粒子的混合物。用这种新型陶瓷墨水印刷的3D陶瓷前体非常柔软，可以拉伸到初始长度的三倍。这些柔性和可拉伸的陶瓷前驱体能够实现复杂的形状。通过适当的热处理可以生产出形状复杂的陶瓷。此外，在此基础上，研究小组开发了两种陶瓷4D印刷方法。

4D印刷是传统的3D印刷加上第四维时间，其中印刷对象可以在外部环境(例如机械力、温度或磁场)的刺激下随着时间的推移而被重新成形或自组装。在最新的研究中，该小组利用储存在拉伸陶瓷前体中的弹性能量使陶瓷变形。当拉伸的陶瓷前体被释放时，它经历自重整。热处理后，前驱体变成陶瓷。得到的陶瓷强度高，抗压强度与密度之比高。此外，与其他印刷陶瓷相比，它们可以形成具有高强度的大尺寸结构。

陆健说:“根据印刷陶瓷前驱体的变形能力，它的应用可能非常大。一个有希望的应用是电子产品的制造。”陶瓷材料在传输电磁信号方面比金属材料有更好的性能。此外，陶瓷的艺术特征及其形成复杂形状的能力也为消费者提供了获得定制陶瓷手机背板的可能性。

这一创新也可以应用于航空航天领域。陆健解释说:“由于陶瓷是具有高机械强度的材料，能够承受高温，4D印刷陶瓷具有很高的潜力，可以用作航空航天领域的推进部件。”

陆健说，下一步是改善材料的力学性能，如降低其脆性。