Une équipe de recherche de la City University of Hong Kong (CityU) a réalisé une avancée révolutionnaire dans la recherche sur les matériaux en développant avec succès la première impression 4D au monde pour la céramique, qui sont mécaniquement robustes et peuvent avoir des formes complexes. Cela pourrait tourner une nouvelle page dans l'application structurelle de la céramique.

La céramique a un point de fusion élevé, il est donc difficile d'utiliser l'impression laser conventionnelle pour fabriquer des céramiques. Les précurseurs céramiques imprimés en 3D existants, qui sont généralement difficiles à déformer, entravent également la production de céramiques aux formes complexes. Pour surmonter ces défis, l'équipe CityU a développé une nouvelle "encre céramique, " qui est un mélange de polymères et de nanoparticules de céramique. Les précurseurs de céramique imprimés en 3D imprimés avec cette nouvelle encre sont doux et peuvent être étirés trois fois au-delà de leur longueur initiale. Ces précurseurs de céramique flexibles et étirables permettent des formes complexes, comme le pliage d'origami. Avec un traitement thermique approprié, des céramiques aux formes complexes peuvent être réalisées.

L'équipe était dirigée par le professeur Lu Jian, professeur titulaire de la chaire de génie mécanique, qui est un éminent scientifique des matériaux avec des intérêts de recherche allant de la fabrication de nanomatériaux et de matériaux structuraux avancés à la simulation informatique de l'ingénierie de surface. Avec le développement des précurseurs élastiques, l'équipe de recherche a réalisé une autre percée en développant deux méthodes d'impression 4-D de la céramique.

L'impression 4-D est une impression 3-D conventionnelle combinée avec l'élément supplémentaire du temps comme quatrième dimension, où les objets imprimés peuvent se remodeler ou s'auto-assembler au fil du temps avec des stimuli externes, comme la force mécanique, Température, ou un champ magnétique. Dans cette recherche, l'équipe a utilisé l'énergie élastique stockée dans les précurseurs étirés pour le morphing de forme. Lorsque les précurseurs céramiques étirés sont libérés, ils subissent un auto-remodelage. Après traitement thermique, les précurseurs se transforment en céramique.

Les céramiques dérivées d'élastomères résultantes sont mécaniquement robustes. Ils peuvent avoir un rapport résistance à la compression/densité élevé (547 MPa sur microréseau 1,6 g cm-3), et ils peuvent être de grande taille avec une résistance élevée par rapport aux autres céramiques imprimées.

"L'ensemble du processus semble simple, mais ce n'est pas, " a déclaré le professeur Lu. " De la fabrication de l'encre au développement du système d'impression, nous avons essayé plusieurs fois et différentes méthodes. Comme presser la cerise sur un gâteau, il y a beaucoup de facteurs qui peuvent affecter le résultat, allant du type de crème et de la taille de la buse, à la vitesse et à la force de compression, et la température."

Il a fallu plus de deux ans et demi à l'équipe pour surmonter les limitations des matériaux existants et développer l'ensemble du système d'impression céramique 4-D.