科學家使用新方法成功將陶瓷 3D 打印成本削減了 95%

來源：賢集網(wǎng)

來自加拿大西部大學和意大利特倫托大學的一組研究人員，開發(fā)了一種新的低成本 3D 打印陶瓷結(jié)構(gòu)的方法。該方法僅使用經(jīng)濟實惠的FFF 3D 打印機，和稱為聚合物衍生陶瓷 (PDC) 的材料。本質(zhì)上，陶瓷前體結(jié)構(gòu)可以以其聚合物狀態(tài)打印，并可以在熔爐中燒制以獲得高分辨率陶瓷部件。

該方法可能對高溫系統(tǒng)甚至骨組織再生等應用產(chǎn)生重大影響。陶瓷前體聚合物可以在聚合物狀態(tài)下成型，然后熱解以生產(chǎn)不同類型的陶瓷�？梢允褂眠@種技術(shù)制造蜂窩陶瓷。

陶瓷 3D 打印所需的許多系統(tǒng)和材料相對昂貴且難以操作，限制了對復雜陶瓷部件的訪問。PDCs由陶瓷前體聚合物熱解形成的陶瓷材料，為陶瓷 3D 打印提供了一種替代途徑，沒有許多障礙。這些材料可以在最終后處理階段之前以其更易于加工的聚合物形式印刷。盡管如此，根據(jù) Pearce 和他的團隊的說法，在將 FFF 3D 打印與 PDC 集成方面還缺乏研究。

為了啟動該項目，研究人員用預陶瓷聚合物浸漬基于熱塑性聚氨酯 (TPU) 的長絲。然后將所得的浸漬材料用于 3D 打印一組蜂窩結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)被熱解以產(chǎn)生完全致密的 SiOC(N)，最終的陶瓷材料。

發(fā)現(xiàn)打印的陶瓷結(jié)構(gòu)能夠承受高達 1500°C 的工作溫度，同時在桌面Lulzbot 3D 打印機上使用現(xiàn)成的材料制造。研究人員計算出，他們可以 3D 打印這些復雜的陶瓷結(jié)構(gòu)，其成本不到其他方法的 5%。

此外，SiOC(N) 部件被確定為具有生物相容性，可促進其表面上的快速細胞粘附。組件上的早期細胞活化甚至被證明可以通過調(diào)整材料的孔隙率進行調(diào)節(jié)，使團隊能夠模擬人類骨組織的幾何形狀，從而實現(xiàn)骨再生應用。

就未來的工作而言，Pearce 和他的團隊打算通過添加納米填料添加劑或微調(diào)基于 TPU 的長絲來修改打印方法。這可以將該技術(shù)的可能應用擴展到有源過濾器、催化轉(zhuǎn)化器和導電組件等用例。