来自莱斯大学布朗工程学院的研究表明，只需在3D打印陶瓷结构上涂上一层薄薄的聚合物外壳，就可以增强其抗震性，提高4.5倍。
所讨论的结构包括schwarzites，一种具有“负高斯曲线”的特殊晶格，这种曲线赋予它们极高的强度重量比。由于它们的复杂性，到目前为止几乎不可能制造出这种结构，但随着3D打印技术的出现，研究小组相信这种结构可以在从建筑物、骨植入物到承重假肢的各个方面都有广泛的应用。
赖斯大学的材料科学家、这项研究的合著者穆罕默德·拉赫曼补充说：“我非常确信，如果我们能够优化这些结构的拓扑结构，它们也将显示出良好的应用前景。”
陶瓷和脆性问题
陶瓷材料通常由其耐热性和耐化学性、优异的强度和硬度以及低导电性来定义。它们还具有显著的生物相容性，使其成为生物医学应用的理想材料，如骨替代物、牙科零件，甚至组织工程支架。不幸的是，陶瓷也有相当易碎的倾向。这意味着它们在高压缩载荷下容易开裂和破裂，这限制了它们在重型结构应用中的使用。
在本质上，坚硬的陶瓷基结构通过向混合物中注入软的有机材料来解决脆性问题。我们可以在软体动物的壳中看到这一点，软体动物的壳是由精细的层状砖状霰石片(95%)与柔软的生物聚合物(5%)结合而成。我们也在许多动物的骨骼中看到它，坚硬的矿物纳米晶体与胶原原纤维排列在一起，形成更持久的基质。
种陶瓷schwarzites
从大自然反复试验的工作中汲取灵感，莱斯团队在福尔摩斯在UV光下进一步固化之前，将其涂上一层薄的柔性环氧聚合物。
在未涂覆的对照组中，结构被证明极为脆弱，在跌落试验和压缩水压试验中如预期的那样破碎。在涂层样品中，只需一层100微米厚的聚合物涂层，就可以为零件提供高达4.5倍的抗灾难性断裂能力。即使被推到断裂点，涂层结构也不会完全爆炸、破碎和变平。
“我们已经清楚地看到，未涂层的结构非常脆弱，”拉赫曼说。“但当我们将涂层结构置于压缩状态时，它们会承受载荷直到完全断裂。有趣的是，即使如此，它们也不会完全断裂。它们仍然像夹层玻璃一样封闭。”
此外，与涂层固体陶瓷材料相比，多孔3D打印schwarzite晶格具有更高的内在韧性。这归因于聚合物涂层注入多孔结构的机理，“填充”孔隙以提高密度和机械阻力
这项研究的主要作者赛义德·穆罕默德·萨贾迪（Seyed Mohammad Sajadi）解释说：“建筑确实起到了一定的作用。”。“我们发现，如果我们涂上一层固体结构，聚合物的效果不如施瓦辛格石的效果好。”
这项研究的更多细节可以在题为保形涂层耐损伤三维印刷陶瓷”。它由穆罕默德·拉赫曼、赛义德·穆罕默德·萨贾迪等人合著。
陶瓷3D打印已应用于各个领域和行业。今年早些时候，来自深圳大学和西南物理研究所开发了一种附加制造方法发射核反应堆燃料的陶瓷结构. 利用锂负载陶瓷和DLP 3D打印技术，该团队能够制造出“繁殖毯”，能够自行产生氚，氚是核聚变过程中的一个重要元素。
在其他地方，在医学领域，来自斯科洛沃科学技术学院以前有没有开发出一种新的方法3D打印个性化陶瓷骨植入物. 具体而言，该团队部署了一种基于模拟的方法来创建灵活、无缺陷的3D模型，可用于打印多孔植入物。
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特色图片显示了液压机下的未涂层和涂层陶瓷石。赖斯大学照片。
