香港城市大学实现全球首次陶瓷4D打印

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。

[责任编辑：杨凡、穆楠]

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