4D打印是一种鉴于3D打印成长的新式成立手艺。比拟3D打印，4D打印将智能质料和力学策画融入成立进程。是以在外界情况刺激（如光、热、电、磁等）下，4D打印构造可随工夫发生外形或功效的改动，在生物养息、航空航天等范畴有着广漠的利用远景。今朝，完结4D打印的质料首要限度于水凝胶、外形印象咸集物和液晶弹性体等智能软质料，而对陶瓷类质料的4D打印仍生计诸多手艺瓶颈。现有的陶瓷4D打印首要鉴于墨水直写工艺，且需模具完结构造预编程，效力和精度有待进步。数字光处置（DLP）手艺是一种经过紫外光面投影成型的高精度3D打印手艺星空体育官方网，但将该手艺用于陶瓷4D打印仍面对或者几个寻衅：（i）缺少存在大变形才能的光固化陶瓷弹性体树脂；（ii）缺少与陶瓷弹性体树脂婚配的光固化启动质料；（iii）缺少也许一体化成型陶瓷弹性体-启动质料的多质料3D打印手艺和设备。
2024年1月26日，南边科技大学呆板与动力工程系葛锜传授予西安交通大学原超副传授研讨团队提议了一种容易高效的陶瓷4D打印成立方式和策画战略。采取团队自立开辟的MpastiMatter C1型多质料光固化3D打印装备成立水凝胶-陶瓷弹性体层合构造，经过水凝胶失水启动层合构造由立体图案演变为庞大三维构造，在无需特殊外形编程的前提下完结陶瓷构造的直接4D打印。该研讨功效以“Direct 4D prinsound of ceclashics unvoluntary by hydroneaten dehydapportion”为题，宣布在Nature Co妹妹unifelidions期刊上。南边科技大学呆板与动力工程系研讨辅助传授王荣、西安交通大学副传授原超和南边科技大学博士研讨生程健翔为论文配合第一作家。西安交通大学原超副传授和南边科技大学葛锜传授为论文配合通信作家。南边科技大学为论文第一单元。
图1展现了陶瓷4D打印的根本过程。采取南科大葛锜教讲课题组自立研发的多质料光固化3D打印装备一体化成型界面安稳的水凝胶-陶瓷弹性体层合构造，经过水凝胶失水启动立体图案演变为庞大三维构造，从而使用低温脱脂和烧结获得纯陶瓷三维构造。
图2展现了研讨团队为陶瓷4D打印开辟出的低粘度光敏陶瓷弹性体浆料和丙烯酸水凝胶先驱体。固化成型的陶瓷弹性体生坯存在大变形才能，可蒙受高达700%的拉伸应变，其力学机能可经过改动浆猜中交联剂含量来调控。水凝胶举动启动质料，在失水过程当中可完结高达65%的体积缩短率和40倍以上的模量晋升，在变形失配引诱下动员层合构造发生团体曲折变形，其更关键的是，光固化陶瓷弹性体-水凝胶层合构造界面韧性好，包管其在变形过程当中不会产生界面剥离。
如图3所示，在烧结过程当中，曲折的层合构造产生了曲率回撤表象。经过尝试研讨和无限元摹拟，研讨团队将表象归因于烧结过程当中层合构造厚度标的目的的不屈均缩短。概括思索水凝胶失水过程当中层合构造变形和烧结过程当中陶瓷构造曲率回撤表象，研讨团队成立了鉴于相改变的本构模子描写水凝胶脱水的刚度增添和体积缩短，从而联合层合梁实践展望陶瓷弹性体-水凝胶层合构造的脱水曲折进程，末尾将陶瓷烧结过程当中变形梯度激发的非平均缩短引入实践模子，计较终究的构造曲折变形，实践展望与尝试后果获得了很好的分歧性。使用实践模子绘制的策画体制图也许定额显现构造变形与构造参数的映照瓜葛，为水凝胶-陶瓷层合构造策画供给了有用指点。
图4展现了陶瓷4D打印的逆向策画过程：1）经过三维建模讨取目的构型特点参数；2）策画立体图案肯定待定策画参数；3）实践模子计较待定策画参数；4）无限元摹拟展望三维外形；5）多质料打印完结层合构造到目的三维外形的构型更改。以正附近体为例，详细展现了陶瓷4D打印的策画过程，尝试后果与首先的策画目的分歧。
如图5所示，经过对峙体层合构造停止百般化图案策画，可完结如立方体盒子、Miura折纸构造、鹤、三叶电扇和蝎子等种种三维陶瓷构造。与模具辅佐变形和手动折迭等方式比拟，鉴于水凝胶失水启动的陶瓷直接4D打印手艺可以或许更容易、更高效、更精确地成立各三维陶瓷构造，为庞大陶瓷构造的策画和成立开拓了新的路子。
该项研讨获得国度天然迷信基金、广东省珠江人材方案、深圳市软物资力学与智造重心尝试室名目的帮助。
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