如今3D打印在很多领域都实现了生产的可能，为制造业提高了效率，节省时间，个人家用3D打印机的价格也逐渐下降，可以为家中打印生活用品等，但3D打印现在确实没有普及，还不能实现量产，如今3D打印都没玩明白，香港城市大学吕坚教授团队近期在材料研究方面取得突破性进展，实现全球首次陶瓷4D打印，并提出“3D打印弹性体-自变形-陶瓷化”的4D打印陶瓷概念。
4D打印是指在3D打印的基础上增加一个时间维度，使得在一定刺激（如热，水，磁场，电流，紫外线等）下，3D打印物体的形状和功能随着时间发生可编程变化。4D打印技术之前大都应用在聚合物材料中，包括水凝胶，形状记忆聚合物等。
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香港城市大学吕坚教授团队研究的这种新型材料，非常坚固而且可以打印出复杂形状，在3C产品、航天器零部件特别是航空发动机制造等方面，拥有很大应用潜力。陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，是许多高技术领域发展的重要关键材料，尤其受到各工业发达国家的关注，其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。
吕坚教授表示在过去数十年研究增材制造、3D打印的基础上，他率领团队进行陶瓷材料研究。在国家自然科学基金委等机构的支持下，吕坚通过2年半的努力，在全球首次实现陶瓷4D打印。陶瓷的熔点很高，常规的激光打印技术制造陶瓷非常困难，而现有的3D打印技术制造的陶瓷前驱体通常难以变形，影响了复杂形状陶瓷制品的生产。为此吕坚团队研制出由某种聚合物和陶瓷纳米粒子混合而成的“陶瓷墨水”。使用这种“墨水”的3D打印陶瓷前驱体非常柔软，令陶瓷4D打印成为可能。
材料不用打印效果不同
其研究团队共研究出2套陶瓷4D打印的方法。利用受到拉伸的陶瓷前驱体中所储存的弹性能量来进行变形，当拉伸过的陶瓷前驱体被释放时，它们就会自我重整，经过加热处理后，前驱体变成陶瓷制品。
吕坚介绍，4D打印出的陶瓷产品，具有多方面优势。首先，当需要制造一系列相似形状的陶瓷时，4D打印只需要相对简单的图纸设计，就可衍生出一系列形状相似且连续可变的结构，而传统3D打印只能1张图纸对应1个结构。4D打印陶瓷将十分高效，尤其是在定制设计上。
香港城市大学4D打印陶瓷成品（图片来源：Techxplore）
在此次研究中提出的“3D打印弹性体-自变形-陶瓷化”的4D打印陶瓷概念里，用于陶瓷前驱体的硅胶基质纳米复合材料可以进一步推广到其他两相或多相材料系统中，这种方法开辟了做复杂形状的高温合金和陶瓷等高温难熔材料的一个新工艺，有望用在航空发动机上。3D打印方式也可以根据材料特性推广到墨水直写以外的打印技术中，变形过程可以推广到形状记忆变形，多材料打印的热膨胀变形等方式中，热处理工艺上也有相当的优化和拓展空间。总之，这个工作在研发复杂形状的轻质高强、大尺度的结构陶瓷上取得了一定突破，其在高温材料相关领域的广泛应用值得期待。
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