陶瓷的熔点比较高，因此很难用现有的激光3D打印技术加工，而且一般也不会产生变形。这种性质也不利于生产复杂形状的陶瓷产品。
打印陶瓷折纸，仿悉尼歌剧院。图片来源：香港城市大学
然而近日，香港城市大学成功克服了这些障碍，研发出陶瓷4D打印工艺，为世界首例。这次的研发成果具体包括：一种新型陶瓷材料和两种陶瓷打印工艺。成品部件不仅坚固，而且形状也比较复杂。
4D打印是在传统3D打印的基础上，通过与时间等元素相结合作为第四维度，使得打印物体可以随着时间的推移，利用外力、温度或者磁场等外部刺激，实现自动变形或自动组装。
为了达到预期的效果，城大团队开发了一种新型“陶瓷油墨”，即二甲基硅氧烷弹性聚合物和结晶ZrO2 NPs的陶瓷纳米颗粒混合物。温度升高时，用这种新材料加工的3D打印陶瓷可以拉伸至起始长度的三倍，柔韧性非常好，还可以折叠，形状也更加复杂。
在这项研究中，该团队利用存储在毛胚中的弹性能量实现形状变形，能量释放出来之后，毛胚会自动调整形状；然后再经过热处理，使之变成陶瓷。
这种具有一定弹性的陶瓷，机械性能稳定，比较坚固，而且压缩强度密度比高，在1.6g cm -3微晶格上为547MPa，并且这种强度与其他3D打印陶瓷相比，可以加工相对较大的尺寸。
这种工艺看似简单，但也足足花费了工作人员两年的时间。“整个过程看起来很简单，但事实并非如此，”这项研究的主要负责人表示。“从制作耗材到开发打印系统，我们尝试了各种方法。这就好像在蛋糕上挤奶油一样，材料的类型、喷嘴的大小，挤压的速度、力度以及温度，都会对结果有所影响。”
研究团队开发了两种陶瓷4D打印的方法。第一种成型方法中是用新材料打印3D毛胚和基材，然后使用双轴拉伸装置拉伸基材，并在其上打印用于连接毛胚的接头；然后将毛胚置于拉伸的基材上；接着通过计算机编程控制拉伸基材的释放，使材料变形为所需的形状。
第二种方法是将设计的造型直接打印在拉伸的陶瓷毛胚上，然后在计算机控制下释放弹性能量，使之发生变形。
据介绍，这项技术将在电子设备领域大放异彩。陶瓷在传输电磁信号方面比金属的性能更优越，并且等到5G网络投入使用时，它们将会在电子产品的制造中发挥更重要的作用，例如定制陶瓷手机壳。
此外，这项创新还可应用于航空工业和太空任务。“由于陶瓷是一种能够承受高温的坚固材料，因此4D打印陶瓷潜力巨大，可用作加工航空航天推进部件。”工作人员表示。
閱讀更多 三迪時空3D打印網 的文章
