中国香港科研团队首次实现陶瓷4D打印,全球首个

来源:http://www.hdxcsm.com 作者:政治头条 人气:126 发布时间:2019-07-05
摘要:全球首个陶瓷4D打印系统“出炉” 据物理学家组织网近日报道,香港城市大学的研究团队成功开发出全球首个陶瓷4D打印系统,打印出来的陶瓷坚固且拥有复杂的形状,有望在电子和航

全球首个陶瓷4D打印系统“出炉”

据物理学家组织网近日报道,香港城市大学的研究团队成功开发出全球首个陶瓷4D打印系统,打印出来的陶瓷坚固且拥有复杂的形状,有望在电子和航空航天领域大展拳脚。 陶瓷的熔点很高,因此难用传统的激光打印技术制造;现有的3D印刷陶瓷前体通常很难变形,让制造复杂形状的陶瓷困难重重。为应对这些挑战,机械工程系主任吕坚教授领导的团队开发出了一种新型陶瓷墨水,它是聚合物和陶瓷纳米粒子的混合物。用这种新型陶瓷墨水打印出来的3D陶瓷前体非常柔软,可拉伸到初始长度的3倍。这些柔韧且可拉伸的陶瓷前体通过适当的热处理,就可制造出拥有复杂形状的陶瓷。而且,在此基础上,研究团队开发出了两种陶瓷4D打印方法。 4D打印是传统3D打印加上第四维度时间,在第四维度中,打印物体可在外部环境(例如机械力、温度或磁场)的刺激下,随着时间的推移重新成形或自我组装。在最新研究中,该团队利用存储在拉伸的陶瓷前体中的弹性能量让陶瓷变形。当拉伸过的陶瓷前体被释放时,它经历自我重整,热处理后,前体变成陶瓷,得到的陶瓷坚固且拥有高压缩强度密度比。另外,与其他打印陶瓷相比,它们可以形成拥有高强度的大尺寸结构。 吕坚说:凭借印刷陶瓷前体的变形能力,其应用可能非常大。一个有希望的应用是制造电子产品。在传输电磁信号方面,陶瓷材料比金属材料性能更优异。此外,陶瓷的艺术特性及其形成复杂形状的能力也为消费者提供了获得定制陶瓷手机背板的潜力。 这项创新还可应用于航空航天领域。吕坚解释说:由于陶瓷是一种能承受高温的机械强度高的材料,因此4D打印陶瓷有很大潜力用作航空航天领域的推进部件。 吕坚表示,下一步是提高材料的力学性能,例如降低其脆性。来源:科技日报

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。

新华社华盛顿8月17日电17日发表在新一期美国《科学进展》杂志上的研究显示,中国香港城市大学吕坚教授研究组首次实现了陶瓷4D打印。这种新技术有望应用于太空探索、电子产品和航空发动机制造等领域。

科技日报北京8月20日电 据物理学家组织网近日报道,香港城市大学的研究团队成功开发出全球首个陶瓷4D打印系统,打印出来的陶瓷坚固且拥有复杂的形状,有望在电子和航空航天领域大展拳脚。

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。

4D打印,就是在3D打印基础上增加了时间维度。4D打印直接将设计内置到物料当中,让材料在设定的时间自动变形为所需要的形状,且可随时间变化。

陶瓷的熔点很高,因此难用传统的激光打印技术制造;现有的3D印刷陶瓷前体通常很难变形,让制造复杂形状的陶瓷困难重重。为应对这些挑战,机械工程系主任吕坚教授领导的团队开发出了一种新型“陶瓷墨水”,它是聚合物和陶瓷纳米粒子的混合物。用这种新型陶瓷墨水打印出来的3D陶瓷前体非常柔软,可拉伸到初始长度的3倍。这些柔韧且可拉伸的陶瓷前体通过适当的热处理,就可制造出拥有复杂形状的陶瓷。而且,在此基础上,研究团队开发出了两种陶瓷4D打印方法。

ca88,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。

与3D打印相比,4D打印对材料有更高要求。此前大多采用水凝胶等聚合物作为4D打印“墨水”,但水凝胶聚合物应用范围有限。陶瓷前驱体材料应用广泛,但较难发生自变形,限制了其在4D打印中的发展。

4D打印是传统3D打印加上第四维度——时间,在第四维度中,打印物体可在外部环境(例如机械力、温度或磁场)的刺激下,随着时间的推移重新成形或自我组装。在最新研究中,该团队利用存储在拉伸的陶瓷前体中的弹性能量让陶瓷变形。当拉伸过的陶瓷前体被释放时,它经历自我重整,热处理后,前体变成陶瓷,得到的陶瓷坚固且拥有高压缩强度—密度比。另外,与其他打印陶瓷相比,它们可以形成拥有高强度的大尺寸结构。

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。

吕坚研究组的这种打印技术采用复合弹性体陶瓷材料,完成了从3D打印到结构可变形的过程,实现了陶瓷折纸结构的打印和4D陶瓷打印。

吕坚说:“凭借印刷陶瓷前体的变形能力,其应用可能非常大。一个有希望的应用是制造电子产品。”在传输电磁信号方面,陶瓷材料比金属材料性能更优异。此外,陶瓷的艺术特性及其形成复杂形状的能力也为消费者提供了获得定制陶瓷手机背板的潜力。

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。”

他们采用成本较为低廉的“墨水直写技术”,用二氧化锆纳米颗粒掺杂的聚二甲基硅氧烷复合材料,构建出3D弹性体结构。这种结构柔软且具有弹性,可拉伸至超过本身3倍的长度,并可使用金属丝让其折叠变形,形成蝴蝶、悉尼歌剧院、玫瑰、裙子等折纸结构。

这项创新还可应用于航空航天领域。吕坚解释说:“由于陶瓷是一种能承受高温的机械强度高的材料,因此4D打印陶瓷有很大潜力用作航空航天领域的推进部件。”

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。

研究人员利用这种柔性特质设计出一种自动拉伸装置,让3D弹性体结构的基底拉伸产生预应力,在其上面打印出主结构。当预应力释放后,主结构就会发生变形,从而形成4D打印所需的弹性体结构,热处理后可转化为4D陶瓷。

吕坚表示,下一步是提高材料的力学性能,例如降低其脆性。

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。

吕坚说,这种4D打印技术可广泛应用于个性化定制,优势在于采用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,而传统的3D打印只能一个图纸对应一个结构。

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。

此外,4D陶瓷热处理只需1000摄氏度即可完成,而传统陶瓷粉末烧结则需要1600摄氏度,因此4D打印工艺成本相对低廉。

研究人员认为,如将新技术应用于太空探索领域,有望将3D打印前驱体折叠起来以节省空间,进入太空后再展开获得需要的结构。

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