2022年7月9日，南方科技大學機械與能源工程系白家明教授團隊發表了題為“增材製造”的論文。3dprinting of ceramic composite with biomimetic tougheningdesign提出了一種很有前途的方法，通過3D列印和新穎的仿生設計來製造具有複雜幾何形狀的抗損傷陶瓷複合材料。
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關於研究
具有高韌性的抗損傷陶瓷由於其優異的化學和機械穩定性，在各種實際應用中需求量很大，但由於模具形狀的限制，目前的加工策略無法製造具有複雜或定製幾何形狀的零件。 這項工作報告了一種很有前途的方法，通過利用增材製造 （AM） 和新穎的仿生增韌設計來製造具有出色損傷容限的幾何複雜陶瓷複合材料部件。 由此產生的陶瓷複合材料避免了災難性的故障，與純陶瓷相比，具有更高的韌性（116 倍），並且具有傳統方法無法建立的定製幾何形狀。
圖1：燒結陶瓷和陶瓷聚合物複合材料的力學效能：（a）具有均勻和漸變特性的燒結陶瓷和複合材料的壓縮應力-應變曲線。 力學效能與陶瓷體積分數的關係 （b） 抗壓強度 （c） 楊氏模量 （d） 韌性。
圖2（a） 基於有限元分析的TPMS結構的應力分布 （B） 40燒結陶瓷和複合材料抗壓強度為8vol%的實驗和模擬結果（c）408vol%燒結陶瓷和複合材料的抗壓強度、楊氏模量和韌性的比較.
圖3：所生產的複合材料與工程材料的效能比較 （a） 分級複合材料的比強度，以及各種其他材料 （b） 本工作中複合材料和其他材料中單位體積的能量吸收作為最大傳遞應力的函式。
圖 4 顯示了所生產的複合材料的牙科修復應用 （A） 3 單元 FPD 的 3D 模型和位於設計的固定樹脂底座上的 3 單元 FPD 的生產 （B） 包含外牙釉質和內牙本質層的人牙的結構 （C） 3單元FPD的設計和製造示意圖， 以及由人類頜骨製造的 3 單元 FPD 的前檢視 （D） 我們複合材料的抗壓強度、彎曲強度、韌性和密度與人類牙本質和牙釉質的抗壓強度、彎曲強度、韌性和密度的比較 （E） CCK-8 測定以評估細胞增殖;兩個樣本之間沒有發現顯著差異。 比例尺：200公尺
研究結論
在這項工作中，作者成功地提出了一種很有前途的方法，通過3D列印和新穎的仿生設計來製造具有複雜幾何形狀的抗損傷陶瓷複合材料。 模仿螳螂蝦的雙連續結構使所獲得的陶瓷複合材料具有顯著的韌性和承載能力。 從實驗和理論上研究了仿生結構的增韌機理. 由此產生的複合材料在牙齒修復中具有巨大的潛力。 此外，該方法有望擴充套件到其他高效能工程材料的製造，從而在組織工程、汽車和航空航天工業以及能源裝置等各個領域實現新的應用。