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中國香港科研團隊首次實現陶瓷4D列印
2018-08-18 11:16:51 來源: 新華網
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  新華社華盛頓8月17日電(記者周舟)17日發表在新一期美國《科學進展》雜志上的研究顯示,中國香港城市大學呂堅教授研究組首次實現了陶瓷4D列印。這種新技術有望應用于太空探索、電子産品和航空發動機制造等領域。

  4D列印,就是在3D列印基礎上增加了時間維度。4D列印直接將設計內置到物料當中,讓材料在設定的時間自動變形為所需要的形狀,且可隨時間變化。

  與3D列印相比,4D列印對材料有更高要求。此前大多採用水凝膠等聚合物作為4D列印“墨水”,但水凝膠聚合物應用范圍有限。陶瓷前驅體材料應用廣泛,但較難發生自變形,限制了其在4D列印中的發展。

  呂堅研究組的這種列印技術採用復合彈性體陶瓷材料,完成了從3D列印到結構可變形的過程,實現了陶瓷折紙結構的列印和4D陶瓷列印。

  他們採用成本較為低廉的“墨水直寫技術”,用二氧化鋯奈米顆粒摻雜的聚二甲基硅氧烷復合材料,構建出3D彈性體結構。這種結構柔軟且具有彈性,可拉伸至超過本身3倍的長度,並可使用金屬絲讓其折疊變形,形成蝴蝶、悉尼歌劇院、玫瑰、裙子等折紙結構。

  研究人員利用這種柔性特質設計出一種自動拉伸裝置,讓3D彈性體結構的基底拉伸産生預應力,在其上面列印出主結構。當預應力釋放後,主結構就會發生變形,從而形成4D列印所需的彈性體結構,熱處理後可轉化為4D陶瓷。

  呂堅説,這種4D列印技術可廣泛應用于個性化定制,優勢在于採用相對簡單的圖紙設計,就可衍生出一係列形狀相似且連續可變的結構,而傳統的3D列印只能一個圖紙對應一個結構。

  此外,4D陶瓷熱處理只需1000攝氏度即可完成,而傳統陶瓷粉末燒結則需要1600攝氏度,因此4D列印工藝成本相對低廉。

  研究人員認為,如將新技術應用于太空探索領域,有望將3D列印前驅體折疊起來以節省空間,進入太空後再展開獲得需要的結構。

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【糾錯】 責任編輯: 董一秀
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