近日，以佛山（华南）新材料研究院为第一完成单位，联合清华大学深圳研究生院、深圳奇遇科技有限公司在国际期刊《Additive Manufacturing》上发表题为“4D printing of ceramic structures”的相关论文，提出关于复杂陶瓷结构的4D打印策略，通过精确调整陶瓷材料的固含量和打印路径，实现了陶瓷结构的可控变形。
该研究主要利用打印陶瓷在烧结过程中的应力不匹配，以达成陶瓷结构的4D打印。科研团队通过打印底层高固含量、顶层低固含量的双层氧化锆(ZrO2)陶瓷，令其烧结收缩率的内应力的方向与低收缩率材料的轴向方向一致，实现其形状由平面变为弯曲结构。在这一过程中，研究人员通过选择不同的打印工艺来定制陶瓷结构的变形行为。最后，通过对陶瓷材料的固含量和打印路径进行编程，实现了具有各种特性的4D打印陶瓷花朵。
图|通过调节UV墨水固含量实现陶瓷花的4D打印。(a)烧结后各种双层陶瓷多边形和叠层陶瓷结构的形状变化。(b)烧结后双层陶瓷的微观形貌。(c) 4D打印的陶瓷结构所模仿的花朵几何图形。
目前，科研团队所提出的实现复杂陶瓷结构的4D打印策略中的直写(Direct ink writing, DIW)技术已成功应用于液晶弹性体、磁性元件、水凝胶、形状记忆聚合物等的4D打印。在该论文中采用DIW技术制备了双层陶瓷片，通过对双层ZrO2陶瓷材料的固体含量和打印路径进行编程，实现了烧结收缩率的内应力的方向与低收缩率材料的轴向方向一致。与目前用于生产复杂形状陶瓷的传统工艺相比，本次所提出的4D打印工艺使我们能够自下而上地打印陶瓷结构。
本篇论文的顺利发表，是对佛山（华南）新材料研究院科研创新实力的又一强有力的认可。下一步，研究院将继续着力开展陶瓷3D打印及增材制造领域科学技术攻关，为佛山增材制造产业的持续发展提供强大技术支撑，为广东省经济高质量发展助力。
来源：南极熊3D打印网、佛山（华南）新材料研究院
