世界上第一个用于陶瓷的4D印刷

发表时间:2019-07-01

  该团队由副总裁(研究取手艺)和机械工程系从任传授Jian Lu带领,他是一位精采的材料科学家,研究范畴包罗制制纳米材料和先辈布局材料,以及概况工程的计较模仿。

  城市大学(CityU)的一个研究团队通过成功开辟世界上第一个陶瓷4D印刷手艺,正在材料研究方面取得了冲破性进展,这些印刷机械坚忍且外形复杂。这可能会成为陶瓷布局使用的新篇章。

  “凭仗印刷陶瓷前体的多种外形变形能力,其使用可能很是庞大!” 陆传授说。一个有但愿的使用将是电子设备。陶瓷材料正在传输电磁信号方面比金属材料具有更好的机能。跟着5G收集的到来,陶瓷产物将正在电子产物的制制中阐扬更主要的感化。陶瓷的艺术特征及其构成复杂外形的能力也为消费者供给了量身定制奇特设想的陶瓷手机背板的潜力。

  正在第二种方式中,将设想的图案间接印刷正在拉伸的陶瓷前体上。然后它正在计较机编程节制下被并履历了变形过程。

  为了降服这些挑和,城大团队开辟了一种新型“陶瓷墨水”,它是聚合物和陶瓷纳米粒子的夹杂物。用这种新型油墨印刷的3D印刷陶瓷前体是柔嫩的,而且能够拉伸跨越其初始长度三倍。这些柔韧且可拉伸的陶瓷前体答应复杂的外形,例如折纸折叠。通过恰当的热处置,能够制制外形复杂的陶瓷。

  正在第一种成型方式中,起首用新型油墨印刷3D印刷的陶瓷前体和基板。利用双轴拉伸安拆拉伸基材,并正在其上印刷用于毗连前体的接头。然后将前体置于拉伸的基材上。通过计较机编程的时间节制和拉伸基板的,材料变形为设想外形。

  此外,这项立异可使用于航空工业和太空摸索。“因为陶瓷是一种可以或许承受高温的机械坚忍材料,因而4D印刷陶瓷具有很高的潜力,可用做航空航天范畴的推进部件,”卢传授说。

  4D打印是保守的3D打印,其取附加的时间元素相连系做为第四维度,此中打印物体能够跟着时间的推移操纵外部刺激(例如机械力,温度或)从头成形或自拆卸。

  陶瓷具有高熔点,因而难以利用保守的激光印刷来制制陶瓷。现有的3D打印陶瓷前体凡是难以变形,也妨碍了具有复杂外形的陶瓷的出产。

  正在这项研究中,该团队操纵存储正在拉伸前体中的弹机能量进行外形变形。当拉伸的陶瓷前体被时,它们履历自沉整。热处置后,前体变成陶瓷。

  “整个过程听起来很简单,但现实并非如斯,”卢传授说。“从制做油墨到开辟印刷系统,我们测验考试了良多次和分歧的方式。就像挤压蛋糕上的糖霜一样,有良多要素能够影响成果,包罗奶油的类型和喷嘴的大小,挤压的速度和力度,以及温度。“

  获得的弹性体衍生的陶瓷正在机械上是坚忍的。它们能够具有高压缩强度 - 密度比(正在1.6g cm -3微晶格上为547MPa),而且取其他印刷陶瓷比拟,它们能够具有高强度的大尺寸。

  该立异颁发正在最新一期的学术期刊Science Advances上,题目为“折纸和弹性体衍生陶瓷布局的4D印刷”。所有研究团队均来自城大,包罗研究帮理刘国博士,高级研究员博士和研究员吴戈博士。