供稿人：高靖遠、賀健康 供稿單位：西安交通大學精密微納制造技術(shù)全國重點實驗室 發(fā)布日期：2024-12-03
基于光和墨水的 3D 打印方法極大地擴展了陶瓷的設計空間和幾何復雜性。然而，基于光的方法通常局限于相對較小范圍的陶瓷前體和載有顆粒的樹脂，而基于墨水的方法由于分層組裝導致幾何復雜性有限。盡管基于光和墨水的3D打印方法都取得了重大進展，但自由成型制造具有任意成分和幾何形狀的陶瓷結(jié)構(gòu)仍然具有挑戰(zhàn)性。
哈佛大學B. Román-Manso等人報告了一種將嵌入式3D打印與微波活化固化相結(jié)合的方法，用于制造具有任意幾何形狀的可控成分的結(jié)構(gòu)陶瓷。這種集成制造方法能夠以可編程的成分制造出形狀自由的復雜陶瓷結(jié)構(gòu)，這可能對結(jié)構(gòu)、生物醫(yī)學和能源應用具有潛在意義。
圖 1 顯示了采用微波激活固化的嵌入式3D打印。噴嘴在自修復硅膠支撐基質(zhì)內(nèi)平移，打印的細絲通過噴嘴擠出。打印后，每個陶瓷結(jié)構(gòu)都會暴露在微波輻射下，以誘導嵌入膠體墨水的快速熱固化，通過這種方法可以分離干燥和固化過程。打印和固化的陶瓷結(jié)構(gòu)足夠堅固，可以承受導致裂紋形成的毛細管誘導干燥應力。微波激活固化還可以最大限度地減少導致硅膠支撐基質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)不均勻熱膨脹區(qū)域的溫度梯度。固化后，這些物體的強度足以從硅膠基質(zhì)中取出，以便進行后續(xù)的清潔、干燥和燒結(jié)步驟。通過嵌入式3D打印，可以通過單獨的噴嘴依次打印兩種或多種墨水，以生成多材料結(jié)構(gòu)。
圖1 微波激活和嵌入式陶瓷打印
通過改變水與聚合物的體積比、微波功率優(yōu)化微波激活固化，盡量減少缺陷，如表面剝落開裂或氣泡。
圖2 燒結(jié)陶瓷結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)演變
本文展示了一種微波激活嵌入式3D打印方法，用于創(chuàng)建單片和多材料圖案的復雜陶瓷結(jié)構(gòu)。此方法為化學兼容的支撐基質(zhì)創(chuàng)建了具有優(yōu)化成分和流變性的油墨，并使用嵌入式3D打印實現(xiàn)了陶瓷部件的全新幾何復雜性?？焖俅蛴『臀⒉ü袒w粒填充聚合物材料的能力為生成從陶瓷到輕質(zhì)聚合物復合材料和織物等結(jié)構(gòu)物質(zhì)開辟了新途徑。