顆粒在線訊：近期，江南大學(xué)劉仁教授團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合直接墨水書寫和近紅外誘導(dǎo)的上轉(zhuǎn)換粒子輔助光聚合，實(shí)現(xiàn)了多尺度和大跨度陶瓷的無支撐3D打印。如同“神筆馬良”的神奇畫筆，絲滑且快速地“畫”出陶瓷材料！

陶瓷具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、能源、航空航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。然而，陶瓷材料具有較強(qiáng)的硬度和脆性，采用傳統(tǒng)的成型工藝，無法快速、精密地制備出形狀復(fù)雜的陶瓷部件。增材制造技術(shù)的出現(xiàn)，為獲得具有綜合結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜陶瓷提供了一種高效、便捷的方法。當(dāng)3D打印具有低角度和大跨度結(jié)構(gòu)的構(gòu)件時(shí)，通常會(huì)使用額外的支撐結(jié)構(gòu)來避免懸空部分的坍塌。這種額外的支撐不僅影響了打印效率，而且會(huì)影響制造良率。目前發(fā)展迅速的光固化3D 打印技術(shù)速度快、精度高且可實(shí)現(xiàn)無支撐打印，但紫外光在陶瓷漿料中穿透性較弱，限制了該打印技術(shù)在陶瓷材料增材制造中的廣泛應(yīng)用。

圖 紫外光與近紅外光的固化深度

針對(duì)上述問題，劉仁教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種利用近紅外光聚合實(shí)現(xiàn)漿料原位固化的陶瓷 3D 打印新方法。利用穿透性更強(qiáng)的近紅外光，在打印過程中激發(fā)陶瓷漿料所含的光引發(fā)體系產(chǎn)生自由基，實(shí)現(xiàn)其原位固化。在固化速率可控的條件下，實(shí)現(xiàn)無支撐、多尺度、大跨度的復(fù)雜陶瓷材料的按需打印。

圖 NIR-DIW的打印效率

圖 打印無支撐的3D物體

該技術(shù)通過墨水直寫和近紅外光聚合技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了多尺度、大跨度陶瓷的無支撐3D打印。就像傳統(tǒng)神話 “神筆馬良”中的神奇畫筆，能夠?qū)崿F(xiàn)多尺度長(zhǎng)絲（直徑從410微米到3.50毫米）的原位固化，并通過無支撐打印成功繪制出扭轉(zhuǎn)彈簧、三維彎曲和懸臂梁的陶瓷結(jié)構(gòu)。無支撐的打印技術(shù)充分實(shí)現(xiàn)了3D打印“所想即所得” 的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)減少了打印時(shí)間、材料使用和后處理工作量。

圖 多材料陶瓷的打印

劉仁教授簡(jiǎn)介

劉仁，1980年12月生，博士，教授，博士生導(dǎo)師。江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院院長(zhǎng)，全國(guó)涂料和顏料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，集成電路材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟監(jiān)事，《涂料工業(yè)》、《中國(guó)涂料》、《影像科學(xué)與光化學(xué)》編委。2011年3月于江南大學(xué)獲博士學(xué)位，曾在美國(guó)北達(dá)科他州立大學(xué)和香港中文大學(xué)開展訪問研究。主要開展環(huán)保涂料、微電子化學(xué)品、復(fù)合材料和增材制造領(lǐng)域光聚合基礎(chǔ)及應(yīng)用技術(shù)研究，主持并完成國(guó)家自然科學(xué)基金、科技重大專項(xiàng)子課題、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目及企業(yè)委托課題20余項(xiàng)，研究成果先后獲得中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)、教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、江蘇省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和中國(guó)感光學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)等。入選國(guó)家級(jí)領(lǐng)軍人才、江蘇省333工程高層次人才培養(yǎng)工程和江蘇省青藍(lán)工程中青年學(xué)術(shù)帶頭人，獲《涂料工業(yè)》創(chuàng)刊60周年“行業(yè)杰出人物”榮譽(yù)稱號(hào)。