江南大学科研团队实现多尺度、大跨度陶瓷无支撑3D打印！

颗粒在线讯：近期，江南大学刘仁教授团队通过结合直接墨水书写和近红外诱导的上转换粒子辅助光聚合，实现了多尺度和大跨度陶瓷的无支撑3D打印。如同“神笔马良”的神奇画笔，丝滑且快速地“画”出陶瓷材料！

陶瓷具有结构稳定、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优良性能，被广泛应用于机械、电子、能源、航空航天和生物医学等领域。然而，陶瓷材料具有较强的硬度和脆性，采用传统的成型工艺，无法快速、精密地制备出形状复杂的陶瓷部件。增材制造技术的出现，为获得具有综合结构和功能的复杂陶瓷提供了一种高效、便捷的方法。当3D打印具有低角度和大跨度结构的构件时，通常会使用额外的支撑结构来避免悬空部分的坍塌。这种额外的支撑不仅影响了打印效率，而且会影响制造良率。目前发展迅速的光固化3D 打印技术速度快、精度高且可实现无支撑打印，但紫外光在陶瓷浆料中穿透性较弱，限制了该打印技术在陶瓷材料增材制造中的广泛应用。

图 紫外光与近红外光的固化深度

针对上述问题，刘仁教授团队构建了一种利用近红外光聚合实现浆料原位固化的陶瓷 3D 打印新方法。利用穿透性更强的近红外光，在打印过程中激发陶瓷浆料所含的光引发体系产生自由基，实现其原位固化。在固化速率可控的条件下，实现无支撑、多尺度、大跨度的复杂陶瓷材料的按需打印。

图 NIR-DIW的打印效率

图 打印无支撑的3D物体

该技术通过墨水直写和近红外光聚合技术的结合，实现了多尺度、大跨度陶瓷的无支撑3D打印。就像传统神话 “神笔马良”中的神奇画笔，能够实现多尺度长丝（直径从410微米到3.50毫米）的原位固化，并通过无支撑打印成功绘制出扭转弹簧、三维弯曲和悬臂梁的陶瓷结构。无支撑的打印技术充分实现了3D打印“所想即所得” 的优势，同时减少了打印时间、材料使用和后处理工作量。

图 多材料陶瓷的打印

刘仁教授简介

刘仁，1980年12月生，博士，教授，博士生导师。江南大学化学与材料工程学院院长，全国涂料和颜料标准化技术委员会委员，集成电路材料产业技术创新战略联盟监事，《涂料工业》、《中国涂料》、《影像科学与光化学》编委。2011年3月于江南大学获博士学位，曾在美国北达科他州立大学和香港中文大学开展访问研究。主要开展环保涂料、微电子化学品、复合材料和增材制造领域光聚合基础及应用技术研究，主持并完成国家自然科学基金、科技重大专项子课题、江苏省重点研发计划项目及企业委托课题20余项，研究成果先后获得中国专利优秀奖、教育部科技进步二等奖、江苏省科技进步二等奖和中国感光学会青年科技奖等。入选国家级领军人才、江苏省333工程高层次人才培养工程和江苏省青蓝工程中青年学术带头人，获《涂料工业》创刊60周年“行业杰出人物”荣誉称号。