近日，江南大学化学与材料工程学院刘仁教授团队在无支撑陶瓷打印方面取得突破性进展，这项工作以“3D printing of unsupported multi-scale and large-span ceramic via near-infrared assisted direct ink writing”为题发表在Nature Communications上。第一作者为2020级博士研究生赵永勤，通讯作者为刘仁教授。
陶瓷具有结构稳定、耐磨、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，由于陶瓷材料固有的硬脆特性，通过传统的成型工艺很难实现复杂形状陶瓷零件的精确和快速制造。增材制造技术的出现，为获得具有复杂结构和功能的陶瓷提供了一种高效、便捷的方法。当3D打印具有低倾角的结构时，通常会使用额外的辅助支撑结构来避免悬空部件的坍塌。然而，这种额外的支撑结构不仅影响了打印效率，而且其后续拆除而产生的问题也令人担忧。
基于此，本研究团队通过结合墨水直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。该打印技术能够实现直径从410微米到3.50毫米多尺度长丝的原位固化，并通过无支撑打印成功构建了扭簧、三维弯曲和悬臂梁的陶瓷结构。这种NIR-DIW的无支撑增材制造技术，为陶瓷增材制造提供了更高的自由度。这项技术的关键不仅在于消除了典型打印过程中所需要的支撑，而且还具有许多其他优势，如减少打印时间、材料用量和后处理工作。相信NIR-DIW方法将被进一步拓展，在没有支撑的情况下制造的复杂形状陶瓷将有助于产生更多的创新和更广泛的应用。
上述研究得到国家自然科学基金（51673086）、江苏省研究生科研创新计划项目（KYCX22_2327）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38082-8
