供稿人：徐文梁，魯中良 發(fā)布日期：2017-11-17
自然界中很多天然生物材料具有特殊的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的力學(xué)性能，受到了研究者的廣泛關(guān)注。人們希望通過向自然學(xué)習(xí)，模仿天然材料的微觀結(jié)構(gòu)，利用人工方法得到性能優(yōu)異的仿生材料。
基于分層累加成型原理的3D打印技術(shù)對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形具有很大優(yōu)勢，為仿生結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的合成提供了新的方法。有研究者采用3D打印技術(shù)，成功打印出鮑魚貝殼、雀尾螳螂蝦的鉗子、哺乳動物骨骼等特定結(jié)構(gòu)的仿生陶瓷/樹脂復(fù)合材料，見圖1。
圖1 3D打印的仿生材料微觀結(jié)構(gòu)
該研究采用的3D打印技術(shù)主要基于面曝光式光固化成型方法，通過磁場控制陶瓷增強顆粒的取向，來得到具有特定微觀結(jié)構(gòu)的仿生陶瓷/樹脂復(fù)合材料。由于陶瓷顆粒表面經(jīng)過處理，吸附有納米氧化鐵微粒，因此其取向能夠被磁場有效控制。打印的基本步驟為：首先按照設(shè)計結(jié)構(gòu)將每層分區(qū)，通過磁場控制層內(nèi)陶瓷增強顆粒取向，同時將特定區(qū)域進行曝光固化；然后變換磁場，再將其他區(qū)域分別固化，直到該層打印結(jié)束；自上而下逐層打印，最終獲得實體。通過對曝光位置及磁場的巧妙的控制，可以使每層的陶瓷增強顆粒在不同的區(qū)域具有不同取向，因此可獲得多種微觀結(jié)構(gòu)（圖2）。
圖2 打印工藝示意圖
這種3D打印方法不僅可以用來制備具有仿生結(jié)構(gòu)的陶瓷/樹脂復(fù)合材料，更可以實現(xiàn)陶瓷/樹脂復(fù)合材料宏觀及微觀的定制成型。