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《Nature Communications》:多尺度、大跨度陶瓷无支撑3D打印

《Nature Communications》:多尺度、大跨度陶瓷无支撑3D打印

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-12-25 10:44
  • 访问量:

【概要描述】通过结合直接墨水书写和近红外诱导的上转换粒子辅助光聚合,实现了多尺度和大跨度陶瓷的无支撑3D打印。

《Nature Communications》:多尺度、大跨度陶瓷无支撑3D打印

【概要描述】通过结合直接墨水书写和近红外诱导的上转换粒子辅助光聚合,实现了多尺度和大跨度陶瓷的无支撑3D打印。

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2023年4月25日,江南大学刘仁教授团队在《Nature Communications》发表题为3D printing of unsupported multi-scale and large-span ceramic via near-infrared assisted direct ink writing的研究论文,通过结合直接墨水书写和近红外诱导的上转换粒子辅助光聚合,实现了多尺度和大跨度陶瓷的无支撑3D打印。

原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38082-8

 

 

 研究简介 

 

陶瓷具有结构稳定、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优良性能,被广泛应用于机械、电子、能源、航空航天和生物医学等领域。然而,陶瓷材料具有较强的硬度和脆性,采用传统的成型工艺,无法快速、精密地制备出形状复杂的陶瓷部件。近年来,增材制造方法的出现,推动了复杂陶瓷材料朝着结构和功能一体化的方向发展。需要说明的是,基于重力的影响等因素考虑,为了更好地制造具有大跨度结构的陶瓷材料,必须采用一些附加的支撑结构。但是,这些支撑结构也会给陶瓷材料某些性能的发挥带来负面影响。作为一种发展成熟的3D打印技术,光固化技术拥有打印速度快、精度高、制造材料多样等优点。由于高分子材料具有良好的光穿透性,因此目前该技术已经在高分子材料领域获得广泛应用;而陶瓷材料的紫外光穿透性较弱,所以光固化技术在该材料领域应用得还比较少。如果能够增加陶瓷材料的光穿透性,进而发展光固化的陶瓷打印方法,就能避免额外的辅助支撑,实现材料的按需打印。

基于上述设想,近期,来自江南大学的研究团队构建了一种新的陶瓷3D打印方法,将直接墨水书写和近红外光诱导的上转换粒子(up-conversion particles,UCPs)辅助光聚合(assisted photopolymerization,UCAP)工艺耦合在一起,在固化速率可控的条件下,实现无支撑、多尺度、大跨度的复杂陶瓷材料的按需打印。

 

 

 

图1 紫外光与近红外光的固化深度

 

 

 

图2 NIR-DIW的打印效率

 

 

 

图3 打印无支撑的3D物体

 

 

 

图4 多材料陶瓷的打印

 

 

 研究结论 

 

本技术为陶瓷3D打印提供了一种新的解决方案,这种无支撑快速打印一方面有望优化部分成熟应用的陶瓷制品制造技术;另一方面有望助推机械、饰品、生物医学等领域用特殊结构陶瓷材料的创新应用。

 

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