香港城市大学实现全球首次陶瓷4D打印

2018-08-22 14:06 中国新闻网

  中新网8月22日电 据香港《文汇报》报道,香港城市大学吕坚教授团队近期在材料研究方面取得突破性进展,实现全球首次陶瓷4D打印,并提出“3D打印弹性体-自变形-陶瓷化”的4D打印陶瓷概念。这种新型材料,不仅非常坚固,而且可以打印出复杂形状,在3C产品、航天器零部件特别是航空发动机制造等方面,拥有很大应用潜力。

  据报道,随着现代科技的发展,陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分,是许多高技术领域发展的重要关键材料,尤其受到各工业发达国家的关注,其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。

  吕坚教授表示,在过去数十年研究增材制造、3D打印的基础上,他率领团队进行陶瓷材料研究。在国家自然科学基金委等机构的支持下,吕坚通过2年半的努力,在全球首次实现陶瓷4D打印。

  吕坚表示,陶瓷的熔点很高,常规的激光打印技术制造陶瓷非常困难,而现有的3D打印技术制造的陶瓷前驱体通常难以变形,影响了复杂形状陶瓷制品的生产。为此,吕坚团队研制出由某种聚合物和陶瓷纳米粒子混合而成的“陶瓷墨水”。使用这种“墨水”的3D打印陶瓷前驱体非常柔软,令陶瓷4D打印成为可能。

  吕坚称:“4D打印,一般是指在3D打印的基础上增加一个时间维度,使得在热、水、磁场等一定刺激下,4D打印的物体可以随时间推移变形或自我重塑。”

  吕坚表示,其研究团队共研究出2套陶瓷4D打印的方法。利用受到拉伸的陶瓷前驱体中所储存的弹性能量来进行变形,当拉伸过的陶瓷前驱体被释放时,它们就会自我重整,经过加热处理后,前驱体变成陶瓷制品。

  吕坚介绍,4D打印出的陶瓷产品,具有多方面优势。首先,当需要制造一系列相似形状的陶瓷时,4D打印只需要相对简单的图纸设计,就可衍生出一系列形状相似且连续可变的结构,而传统3D打印只能1张图纸对应1个结构。4D打印陶瓷将十分高效,尤其是在定制设计上。

  此外,吕坚团队研究提出的“3D打印弹性体-自变形-陶瓷化”的4D打印陶瓷的概念,可有更广泛的变体和应用,譬如引入形状记忆变形等,令4D打印方法上的多样性,为设计制造用其他方法很难实现的复杂陶瓷结构提供巨大的自由度。同时,作为陶瓷前驱体的弹性体具有强变形能力,可提高结构材料适应复杂应用环境的能力。陶瓷结构具有很高的比强度,并且可以兼具高强度和大尺度。

责编:刘艳君
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