粘土和水后柔软、可塑，能够被捏制、雕刻和塑形，再通过特殊的干燥和烧制工艺，使得泥土从可塑的状态最终变成坚硬、耐用的陶器或雕塑品，最后通过特殊的“烘焙”工艺，这种“泥土”就变成了坚硬的陶瓷。柔性水凝胶陶瓷前驱体就是这样一种“神奇泥土”，有了它，我们就解决了陶瓷制造复杂形状的难题。

　　我们知道，陶瓷材料具有优异的高温稳定性、耐腐蚀性、抗磨损性和良好的电绝缘性，这种优异的物理和化学性能也使陶瓷成为了制造许多日用品的材料。

　　其实，除了做成家用的锅碗瓢盆，优点多多的陶瓷完全可以在更多领域发挥作用，但太硬、太脆的特性限制了传统的陶瓷材料（树脂基陶瓷前驱体）在更多“高大上”的场景中得到应用。

　　首先，传统陶瓷材料难以制造出复杂的形状，尤其是在制造复杂几何形状和内嵌结构时存在明显困难，这是因为陶瓷材料通过模压、注浆成型和挤压等方法加工，且还需经过高温烧结才能获得最终的机械性能，这一过程往往导致材料的收缩和变形，从而限制了复杂结构的精确制造。

　　其次，传统陶瓷加工方法在制造高精度部件时，尺寸控制较为困难，特别是微小尺寸的部件。由于陶瓷材料收缩和烧结过程中的不可控因素，难以实现高精度制造，而且传统陶瓷烧结后往往需要进行二次加工（如研磨和抛光），这也大大增加了生产成本和过程复杂性。

　　此外，在传统制备过程中，陶瓷材料还容易产生裂纹、气孔和其他缺陷，这些缺陷会显著降低材料的机械性能和可靠性，尤其在高精度、高强度的应用场景下，这些缺陷是不可接受的。

　　为此，科学家们开始思考开发一种能在特定环境下改变形状或性能的“神奇泥土”，让陶瓷材料更大程度地发挥作用。

　　想要制造这样一种“神奇的泥土”并非易事，我们既需要它在成型阶段像橡皮泥一样柔软易塑，又希望它在成型后像陶瓷一样坚硬耐用。显然，现有的材料很难满足这样矛盾的要求。

　　受到剪纸艺术以及智能材料的启发，研究人员想到，柔性水凝胶就是一种具有一定可变形性的材料，它能在加工或使用过程中展现出多样化的性能。中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室团队一直从事3D打印水凝胶和陶瓷材料的研究工作，他们将这两种截然不同的材料结合起来，借助水凝胶的柔性，经过相变实现陶瓷的硬度，进而达到“以柔制刚”的理想效果。

　　为了能将两种材料更好地结合，研究团队尝试性地将水凝胶单体溶解到水性无机粘结剂中，并引入一定量的陶瓷粉体，从而制造出了具有可光固化性能的水性陶瓷浆料。

　　想要让陶瓷得到更广泛的应用，除了解决塑形的问题，还得考虑怎么让“神奇泥土”变得坚硬。对此，研究人员想到了3D打印。球速体育welcome

　　3D打印技术能够运用一些可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造实体零件。如果能将其与柔性水凝胶陶瓷前驱体结合起来，就能够打造出更复杂结构的产品或器件，使其适用于更多的应用场景。

　　具体来说，可以先利用光固化3D打印技术获得具有优异延展性、形状适应性和抗疲劳性的水凝胶柔性骨架。再经过脱水干燥、低温脱脂和高温烧结等步骤，使其变得质地坚硬，形成超低收缩、高陶瓷产率和形状保真度的陶瓷结构。

　　这项技术在材料科学和制造技术上实现了三维复杂结构器件制造的重要突破，推动了新型陶瓷材料在多个领域的应用。

　　3D打印柔性水凝胶前驱体技术的进一步发展，不仅为现有陶瓷产品提供了新的制造方法，还将推动陶瓷材料在更多新兴领域中的应用。这一技术的发展将依赖于多学科合作的创新，最终实现技术的规模化推广和产业化应用。

　　原标题：《【山东科协每日科普】水凝胶3D打印新突破！“以柔制刚”实现复杂结构陶瓷》

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