Un equipo de investigación de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong CityU ha logrado un avance innovador en la investigación de materiales al desarrollar con éxito la primera impresión 4D para cerámica del mundo, que es mecánicamente robusta y puede tener formas complejas. Esto podría cambiarUna nueva página en la aplicación estructural de la cerámica.
La cerámica tiene un alto punto de fusión, por lo que es difícil usar la impresión láser convencional para hacer cerámica. Los precursores de cerámica impresos en 3D existentes, que generalmente son difíciles de deformar, también dificultan la producción de cerámica con formas complejas.
Para superar estos desafíos, el equipo de CityU ha desarrollado una novedosa "tinta cerámica", que es una mezcla de polímeros y nanopartículas cerámicas. Los precursores cerámicos impresos en 3D impresos con esta tinta novedosa son suaves y pueden estirarse tres veces más allá de sulongitud inicial. Estos precursores cerámicos flexibles y elásticos permiten formas complejas, como el plegado de origami. Con un tratamiento térmico adecuado, se pueden hacer cerámicas con formas complejas.
El equipo fue dirigido por el Profesor Jian Lu, Vicepresidente Investigación y Tecnología y Profesor Titular de Ingeniería Mecánica, un distinguido científico de materiales con intereses de investigación que van desde la fabricación de nanomateriales y materiales estructurales avanzados hasta la simulación computacional de la ingeniería de superficies..
Con el desarrollo de los precursores elásticos, el equipo de investigación ha logrado un avance más al desarrollar dos métodos de impresión 4D de cerámica.
la impresión 4D es una impresión 3D convencional combinada con el elemento de tiempo adicional como la cuarta dimensión, donde los objetos impresos pueden reformarse o autoensamblarse con el tiempo con estímulos externos, como fuerza mecánica, temperatura o un campo magnético.
En esta investigación, el equipo hizo uso de la energía elástica almacenada en los precursores estirados para la transformación de la forma. Cuando se liberan los precursores cerámicos estirados, se someten a una nueva remodelación. Después del tratamiento térmico, los precursores se convierten en cerámica.
Las cerámicas derivadas del elastómero resultantes son mecánicamente robustas. Pueden tener una alta relación de resistencia a la densidad de compresión 547 MPa en 1.6 g cm-3 microlattice, y pueden venir en grandes tamaños con alta resistencia en comparación con otros impresoscerámica.
"Todo el proceso suena simple, pero no lo es", dijo el profesor Lu. "Desde la fabricación de la tinta hasta el desarrollo del sistema de impresión, probamos muchas veces y diferentes métodos. Como exprimir la formación de hielo en un pastel, hay muchos factoreseso puede afectar el resultado, desde el tipo de crema y el tamaño de la boquilla, hasta la velocidad y la fuerza de la compresión, y la temperatura ".
El equipo tardó más de dos años y medio en superar las limitaciones de los materiales existentes y desarrollar todo el sistema de impresión de cerámica 4D.
En el primer método de conformación, un sustrato y precursor de cerámica impreso en 3D se imprimió primero con la tinta nueva. El sustrato se estiró utilizando un dispositivo de estiramiento biaxial, y se unieron las juntas para conectar el precursor. El precursor se colocó luegoen el sustrato estirado. Con el control del tiempo programado por computadora y la liberación del sustrato estirado, los materiales se transformaron en la forma diseñada.
En el segundo método, el patrón diseñado se imprimió directamente en el precursor de cerámica estirada. Luego se liberó bajo control de programación de computadora y se sometió al proceso de auto-transformación.
La innovación se publicó en el último número de la principal revista académica Avances científicos bajo el título "Origami e impresión 4D de estructuras cerámicas derivadas de elastómeros". Todos los miembros del equipo de investigación son de CityU, incluidos el Dr. LIU Guo, Asistente de Investigación, el Dr. ZHAO Yan, Investigador Asociado Senior y el Dr. WU Ge, Investigador.
"Con la capacidad versátil de transformación de formas de los precursores de cerámica impresos, su aplicación puede ser enorme", dijo el profesor Lu. Una aplicación prometedora será para dispositivos electrónicos. Los materiales cerámicos tienen un rendimiento mucho mejor en la transmisión de señales electromagnéticas que los materiales metálicos.Con la llegada de las redes 5G, los productos cerámicos desempeñarán un papel más importante en la fabricación de productos electrónicos. La naturaleza artística de la cerámica y su capacidad para formar formas complejas también brindan el potencial para que los consumidores hagan a medida un teléfono móvil de cerámica de diseño exclusivo.platos.
Además, esta innovación se puede aplicar en la industria aeronáutica y la exploración espacial. "Dado que la cerámica es un material mecánicamente robusto que puede tolerar altas temperaturas, la cerámica impresa en 4D tiene un alto potencial para usarse como componente de propulsión en el campo aeroespacial", dijo el profesor Lu.
Profundizando en el avance en el material y el avance de la técnica de impresión 4D, el profesor Lu dijo que el siguiente paso es mejorar las propiedades mecánicas del material, como reducir su fragilidad.
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Materiales proporcionados por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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