新闻及香港科大故事

香港科技大学（科大）工学院的团队研发出一种新型工艺技术，可克服传统积层制造技术（即3D打印技术）的局限，令制造具有复杂三维构型的多孔陶瓷材料更简易快捷，有望革新多种陶瓷材料的设计与加工技术，并广泛应用于能源、电子和生物医学等多个领域的产品上，例如机械人、太阳能电池、传感器、电池电极和杀菌设备等。 多孔陶瓷是一种应用广泛的陶瓷材料，性能稳定、具耐冲蚀性、使用寿命长。为研究有效制造这种物料的方法，科大机械及航空航天工程学系副教授杨征保带领团队采用「表面张力辅助两步法」（STATS）设计了一种加工策略，仅需两个步骤，包括利用积层制造技术制备有机骨架，以建立基本构型，然后再把所需成分的前驱体溶液注入该骨架中，便可制造出多孔陶瓷。 这种方法最大的挑战在于如何有效控制液体的几何形状。为了达致预期效果，团队借助了一种在大自然四处可找到的现象——表面张力。由于表面张力可将流体聚集并固定在骨架中，研究人员遂利用这一特性，把前驱体溶液收集于多孔骨架内，最终成功控制液体的几何形状，并制造出高精度的多孔陶瓷。 针对由单元格和单元列构成的骨架，研究团队进一步从理论和实验两方面探讨了它们的几何参数，以指导不同排列组合的三维流体界面创建。经过烘干处理和高温烧结后，团队制备出各种复杂构型的多孔陶瓷。这种工艺将成分匹配从结构成型分离出来，通过可编程制造，能够生成不同单元尺寸、几何形状、相对密度、三维结构和组成成分的多孔陶瓷。该STATS方法不仅能够制备刚玉（Al2O3）等结构陶瓷，还可用于制备二氧化钛（TiO2）、铁酸铋（BiFeO3）、钛酸钡（BaTiO3）等各种功能陶瓷产品。 为了验证新工艺的优越性，团队选择了多孔压电陶瓷作为研究对象，测试它的压电性能。结果显示，由于原始浆料中的有机成分显著减少，这种STATS制造工艺能有效减少陶瓷中的微孔，同时提高局部致密性。对于整体呈多孔而局部致密的压电陶瓷，其优势尤为显著，即使在整体孔隙率非常高（> 90%）的情况下，仍能达到相对较高的压电常数d33（~ 200 pC N-1）。

The technology of 3D printing is at the tipping point to become an integral part of modern industrial manufacturing processes, as well as end-user products. 2018 Winter International Technology & Management Business Plan Competition was held at Bayreuth of Germany from 3 to 12 January for 48 students from 4 universities from 4 continents to learn about the latest development of 3D printing.