且看“神笔马良”如何“挤”出陶瓷材料
新华日报
2023-10-19 10:47:38
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本报讯 （记者 叶真） 一支笔，如“挤奶油”一般“画”出陶瓷材料……这就是新近在网络上冲上热搜的陶瓷材料无支撑3D打印技术视频。记者昨从江南大学获悉，由该校刘仁教授课题组通过结合直接墨水书写和近红外诱导的上转换粒子辅助光聚合，实现了多尺度和大跨度陶瓷的无支撑3D打印。
陶瓷具有结构稳定、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优良性能，被广泛应用于机械、电子、能源、航空航天和生物医学等领域。然而，由于陶瓷材料易脆性和硬度特点，通过传统成型工艺又很难实现复杂形状陶瓷零件的精确和快速制造。增材制造技术的出现，为获得具有综合结构和功能的复杂陶瓷提供了一种高效、便捷的方法。不过当3D打印具有低角度结构的陶瓷时，通常会使用额外的支撑结构来避免悬空部件的坍塌。与此同时，目前发展迅速的光固化3D 打印技术速度快、精度高且可实现无支撑打印，但紫外光在陶瓷浆料中穿透性较弱，限制了该打印技术在陶瓷材料增材制造中的广泛应用。
如何解决这些问题呢？刘仁团队另辟蹊径，构建了一种利用近红外光聚合实现浆料原位固化的陶瓷3D打印新方法。利用穿透性更强的近红外光，在打印过程中激发陶瓷浆料所含的光引发体系产生自由基，实现其原位固化。在固化速率可控的条件下，实现无支撑、多尺度、大跨度的复杂陶瓷材料的按需打印。
“就像‘神笔马良’的画笔，能够实现直径从410微米到3.50毫米的多尺度长丝原位固化，并通过无支撑打印成功绘制出扭转弹簧、三维弯曲和悬臂梁的陶瓷结构，实现了3D打印‘所想即所得’，同时减少了打印时间、材料使用和后处理工作量。”刘仁告诉记者，未来，这种无支撑快速打印技术有望优化部分成熟应用的陶瓷制品制造技术，也能够助推机械、饰品、生物医学等领域用特殊结构陶瓷材料的创新制造。
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