近日，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉仁教授團隊在無支撐陶瓷打印方面取得突破性進展，這項工作以“3D printing of unsupported multi-scale and large-span ceramic via near-infrared assisted direct ink writing”為題發(fā)表在Nature Communications上。第一作者為2020級博士研究生趙永勤，通訊作者為劉仁教授。
陶瓷具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐磨、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于機械、電子、能源、航空航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。然而，由于陶瓷材料固有的硬脆特性，通過傳統(tǒng)的成型工藝很難實現(xiàn)復(fù)雜形狀陶瓷零件的精確和快速制造。增材制造技術(shù)的出現(xiàn)，為獲得具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的陶瓷提供了一種高效、便捷的方法。當(dāng)3D打印具有低傾角的結(jié)構(gòu)時，通常會使用額外的輔助支撐結(jié)構(gòu)來避免懸空部件的坍塌。然而，這種額外的支撐結(jié)構(gòu)不僅影響了打印效率，而且其后續(xù)拆除而產(chǎn)生的問題也令人擔(dān)憂。
基于此，本研究團隊通過結(jié)合墨水直寫和近紅外誘導(dǎo)的上轉(zhuǎn)換粒子輔助光聚合，實現(xiàn)了多尺度和大跨度陶瓷的無支撐3D打印。該打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)直徑從410微米到3.50毫米多尺度長絲的原位固化，并通過無支撐打印成功構(gòu)建了扭簧、三維彎曲和懸臂梁的陶瓷結(jié)構(gòu)。這種NIR-DIW的無支撐增材制造技術(shù)，為陶瓷增材制造提供了更高的自由度。這項技術(shù)的關(guān)鍵不僅在于消除了典型打印過程中所需要的支撐，而且還具有許多其他優(yōu)勢，如減少打印時間、材料用量和后處理工作。相信NIR-DIW方法將被進一步拓展，在沒有支撐的情況下制造的復(fù)雜形狀陶瓷將有助于產(chǎn)生更多的創(chuàng)新和更廣泛的應(yīng)用。
上述研究得到國家自然科學(xué)基金（51673086）、江蘇省研究生科研創(chuàng)新計劃項目（KYCX22_2327）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38082-8
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