空中3D打印陶瓷，中國科學家實現(xiàn)技術(shù)突破，可打印復雜零件

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近日，中國科學家在《自然·通訊》雜志上發(fā)表了一項創(chuàng)新的研究，報道了一種在空氣中3D打印陶瓷的新技術(shù)，該技術(shù)能夠制造出復雜的工程結(jié)構(gòu)，如蜂窩、波紋和螺旋形狀，具有高強度、高韌性和高耐熱性。這一技術(shù)有望為航空航天、汽車、生物醫(yī)療等領域提供新的解決方案。

延伸

陶瓷是一種廣泛應用的材料，具有優(yōu)異的機械、化學和物理性能，如高硬度、高耐磨、高耐腐蝕、高耐溫等。

然而，由于陶瓷的加工難度大，傳統(tǒng)的制造方法往往無法滿足復雜結(jié)構(gòu)和精細特征的需求。因此，3D打印技術(shù)作為一種增材制造技術(shù)，為陶瓷制造提供了新的可能性。

陶瓷3D打印技術(shù)*早由Marcus等人和Sachs等人于20世紀90年代提出。隨著材料和計算機等科學和技術(shù)水平的不斷提升，適用于陶瓷零件制造的3D打印工藝研究也得到了長足發(fā)展。

目前，已有多種陶瓷3D打印技術(shù)被開發(fā)出來，如光固化成型（SLA）、粉末粘結(jié)劑噴射（3DP）、材料擠出（FDM）等。

然而，這些技術(shù)都存在一些局限性，如打印速度慢、分辨率低、后處理復雜等。此外，這些技術(shù)都需要在惰性氣氛或真空環(huán)境中進行打印，以防止陶瓷漿料或粉末與空氣中的水分或氧氣發(fā)生反應，導致質(zhì)量下降或失效。

為了克服這些問題，中國科學家團隊開發(fā)了一種在空氣中3D打印陶瓷的新技術(shù)，該技術(shù)基于光固化成型（SLA）原理，但使用了一種特殊的陶瓷漿料，該漿料由納米級陶瓷粉體、光敏單體和光引發(fā)劑組成。

該漿料具有低粘度、高固含量和快速固化的特點，能夠在普通空氣中進行打印，并且不受水分或氧氣的影響。

該團隊使用了一臺自主設計和制造的SLA 3D打印機，在普通空氣中成功打印出了多種復雜結(jié)構(gòu)的陶瓷零件，如蜂窩、波紋和螺旋形狀。

這些零件經(jīng)過后續(xù)的脫脂和燒結(jié)處理后，具有高密度、高強度、高韌性和高耐熱性。例如，打印出的波紋形狀的陶瓷零件，在1000攝氏度下仍能保持完整無損，并且能夠承受超過1000牛頓的壓力。

該團隊表示，這種在空氣中3D打印陶瓷的新技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

打印速度快：由于漿料具有快速固化的特點，每層打印時間只需幾秒鐘。

分辨率高：由于漿料具有低粘度和高固含量的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)微米級甚至納米級的分辨率。

后處理簡單：由于漿料不含有機溶劑或其他添加劑，只需進行簡單的清洗和干燥即可。

成本低廉：由于不需要惰性氣氛或真空環(huán)境進行打印，節(jié)省了設備和運行成本。

材料多樣：由于漿料可以使用多種類型的陶瓷粉體制備，可以實現(xiàn)多種功能和性能的陶瓷材料。

該團隊認為，這種在空氣中3D打印陶瓷的新技術(shù)為陶瓷行業(yè)帶來了革命性的變化，將極大地拓展陶瓷材料在航空航天、汽車、生物醫(yī)療等領域的應用前景。

問題

之前能進行陶瓷3D打印嗎？

答：之前也能進行陶瓷3D打印，但是存在一些問題，比如打印速度慢、精度低、需要支撐結(jié)構(gòu)等。

空中陶瓷3D打印難點在哪里？

答：空中陶瓷3D打印難點在于如何保證漿料在空中不斷裂或滴落，并且能夠快速地固化成為堅固的陶瓷線條。

這個技術(shù)克服了哪些難點？

答：提高了3D打印陶瓷的效率和精度；消除了對支撐結(jié)構(gòu)的需求；實現(xiàn)了多材料混合打印。

中國目前的3D打印水平如何？

答：中國目前在3D打印領域已經(jīng)取得了顯著的進展和成就。中國擁有世界上*大的金屬3D打印機。中國目前擁有超過10萬臺3D打印機，在全球市場占有率達到20%以上。

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