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陶瓷因耐高溫、耐腐及生物相容等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、汽車與建筑領(lǐng)域。然而，單組分陶瓷難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜分級結(jié)構(gòu)與多功能需求，而現(xiàn)有多陶瓷3D打印技術(shù)（如單噴嘴擠出的直接墨水書寫DIW）仍受限于打印精度不足（如結(jié)構(gòu)坍塌）與漿料非受控竄流等瓶頸。

為突破上述難題，浙江工業(yè)大學(xué)激光先進(jìn)制造研究院姚建華教授團(tuán)隊(duì)提出一種集成激光輔助固化、脈沖切換擠出與相對壓力控制的多陶瓷DIW打印方法。其中，激光輔助固化可顯著提升成型精度，高頻脈沖切換與相對壓力控制協(xié)同抑制漿料竄流并提高組分切換精度。該研究不僅為多材料3D打印（尤其是陶瓷增材制造）領(lǐng)域提供了可行的技術(shù)方案，也為相關(guān)領(lǐng)域研究者提供了具有參考價值的思路，在航空航天、醫(yī)學(xué)等高端制造場景中展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。

研究團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)并制備了新型多流道匯聚噴頭，將其集成于3D打印設(shè)備后，成功實(shí)現(xiàn)了2種、3種及4種陶瓷漿料復(fù)合支架的精準(zhǔn)3D打印成型。該結(jié)果充分驗(yàn)證了所提集成方案的可行性——通過創(chuàng)新噴嘴結(jié)構(gòu)、定制化直接墨水書寫系統(tǒng)與優(yōu)化工藝參數(shù)的協(xié)同配合，有效突破了多組分陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造瓶頸。

此外，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)探究了多種陶瓷漿料的流變學(xué)特性，為 3D 打印工藝參數(shù)的科學(xué)規(guī)劃提供了關(guān)鍵理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對脈沖模式與相對壓力控制作用下的漿料流變行為展開深入分析。結(jié)果表明，通過優(yōu)化脈沖切換頻率并精準(zhǔn)實(shí)施相對壓力調(diào)控，可有效抑制多材料3D 打印過程中的漿料竄流現(xiàn)象，為該核心難題的解決提供了初步技術(shù)方案。

由于墨水書寫（DIW）技術(shù)依賴重力驅(qū)動的漿料沉積機(jī)制，在打印過程中易因重力作用引發(fā)結(jié)構(gòu)坍塌，嚴(yán)重制約3D打印支架的成型精度。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)在陶瓷漿料配方中引入光聚合樹脂，并采用原位固化策略——通過在漿料發(fā)生明顯變形前對其進(jìn)行固化，有效減輕結(jié)構(gòu)塌陷問題。結(jié)果證實(shí)，紫外激光輔助固化、脈沖可切換策略與相對壓力控制方法的協(xié)同整合，可顯著提升多陶瓷構(gòu)件的 3D 打印精度。

性能測試結(jié)果顯示，所制備的多陶瓷復(fù)合支架在機(jī)械性能與生物相容性方面，均表現(xiàn)出優(yōu)于單組分陶瓷支架的特性。這一結(jié)果初步證實(shí)，3D 打印多陶瓷支架在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（尤其是骨科植入物、齒科修復(fù)體等精準(zhǔn)醫(yī)療場景）具備良好的應(yīng)用潛力。

多陶瓷3D打印的實(shí)現(xiàn)

多陶瓷材料的3D打印工藝過程

激光輔助3D打印過程

機(jī)械性能和初步的生物相容性