2022年7月9日，南方科技大学机械与能源工程系白家明教授团队发表了题为“增材制造”的论文。3dprinting of ceramic composite with biomimetic tougheningdesign提出了一种很有前途的方法，通过3D打印和新颖的仿生设计来制造具有复杂几何形状的抗损伤陶瓷复合材料。
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关于研究
具有高韧性的抗损伤陶瓷由于其优异的化学和机械稳定性，在各种实际应用中需求量很大，但由于模具形状的限制，目前的加工策略无法制造具有复杂或定制几何形状的零件。 这项工作报告了一种很有前途的方法，通过利用增材制造 （AM） 和新颖的仿生增韧设计来制造具有出色损伤容限的几何复杂陶瓷复合材料部件。 由此产生的陶瓷复合材料避免了灾难性的故障，与纯陶瓷相比，具有更高的韧性（116 倍），并且具有传统方法无法创建的定制几何形状。
图1：烧结陶瓷和陶瓷聚合物复合材料的力学性能：（a）具有均匀和渐变特性的烧结陶瓷和复合材料的压缩应力-应变曲线。 力学性能与陶瓷体积分数的关系 （b） 抗压强度 （c） 杨氏模量 （d） 韧性。
图2（a） 基于有限元分析的TPMS结构的应力分布 （B） 40烧结陶瓷和复合材料抗压强度为8vol%的实验和模拟结果（c）408vol%烧结陶瓷和复合材料的抗压强度、杨氏模量和韧性的比较.
图3：所生产的复合材料与工程材料的性能比较 （a） 分级复合材料的比强度，以及各种其他材料 （b） 本工作中复合材料和其他材料中单位体积的能量吸收作为最大传递应力的函数。
图 4 显示了所生产的复合材料的牙科修复应用 （A） 3 单元 FPD 的 3D 模型和位于设计的固定树脂底座上的 3 单元 FPD 的生产 （B） 包含外牙釉质和内牙本质层的人牙的结构 （C） 3单元FPD的设计和制造示意图， 以及由人类颌骨制造的 3 单元 FPD 的前视图 （D） 我们复合材料的抗压强度、弯曲强度、韧性和密度与人类牙本质和牙釉质的抗压强度、弯曲强度、韧性和密度的比较 （E） CCK-8 测定以评估细胞增殖;两个样本之间没有发现显著差异。 比例尺：200米
研究结论
在这项工作中，作者成功地提出了一种很有前途的方法，通过3D打印和新颖的仿生设计来制造具有复杂几何形状的抗损伤陶瓷复合材料。 模仿螳螂虾的双连续结构使所获得的陶瓷复合材料具有显着的韧性和承载能力。 从实验和理论上研究了仿生结构的增韧机理. 由此产生的复合材料在牙齿修复中具有巨大的潜力。 此外，该方法有望扩展到其他高性能工程材料的制造，从而在组织工程、汽车和航空航天工业以及能源设备等各个领域实现新的应用。