供稿人：徐文梁，鲁中良 发布日期：2017-11-17
自然界中很多天然生物材料具有特殊的结构及优异的力学性能，受到了研究者的广泛关注。人们希望通过向自然学习，模仿天然材料的微观结构，利用人工方法得到性能优异的仿生材料。
基于分层累加成型原理的3D打印技术对于复杂结构成形具有很大优势，为仿生结构复合材料的合成提供了新的方法。有研究者采用3D打印技术，成功打印出鲍鱼贝壳、雀尾螳螂虾的钳子、哺乳动物骨骼等特定结构的仿生陶瓷/树脂复合材料，见图1。
图1 3D打印的仿生材料微观结构
该研究采用的3D打印技术主要基于面曝光式光固化成型方法，通过磁场控制陶瓷增强颗粒的取向，来得到具有特定微观结构的仿生陶瓷/树脂复合材料。由于陶瓷颗粒表面经过处理，吸附有纳米氧化铁微粒，因此其取向能够被磁场有效控制。打印的基本步骤为：首先按照设计结构将每层分区，通过磁场控制层内陶瓷增强颗粒取向，同时将特定区域进行曝光固化；然后变换磁场，再将其他区域分别固化，直到该层打印结束；自上而下逐层打印，最终获得实体。通过对曝光位置及磁场的巧妙的控制，可以使每层的陶瓷增强颗粒在不同的区域具有不同取向，因此可获得多种微观结构（图2）。
图2 打印工艺示意图
这种3D打印方法不仅可以用来制备具有仿生结构的陶瓷/树脂复合材料，更可以实现陶瓷/树脂复合材料宏观及微观的定制成型。