随着世界上第一个陶瓷4D打印机工艺的发展，香港城市大学（CityU）的研究人员建构出有牢固且极为简单的陶瓷结构，正在将陶瓷增材生产推上新的高度。AM行业中的大多数人都告诉，4D打印机通过创立在曝露于外部力量（如光，温度，湿度）时发生变化，自装配或形状位移的结构，将第四维时间加到到3D打印机方程式中或磁力。

目前，大多数4D打印机应用于仅限于研究，尽管有一些确实创意和有意思的项目正在研发中。例如，在罗格斯大学，工程师们早已创立了一种用作创立变形智能凝胶结构的4D打印机方法，而麻省理工学院的工程师最近发售了可以用于磁铁掌控的坚硬3D打印机结构。然而，城大分担并由陆健教授领导的项目是我们第一次看见陶瓷和四维打印机结合。

陶瓷是AM行业的一个较慢发展的部分，具备低熔点，使得它们难以使用基于激光的打印机方法。3D可打印机陶瓷前体就其本身而言无法变形，这妨碍了简单陶瓷的生产。鉴于这些挑战，城大研究人员研发出有一种由聚合物和陶瓷纳米粒子混合而出的陶瓷油墨。

这些陶瓷前体纳米颗粒以坚硬和可剪切的特性着称之为。正如研究小组所说明的那样，陶瓷前体可以剪切多达其初始长度的三倍，这使得需要生产简单的形状，还包括类似于折纸的拉链结构。城大研究人员利用弹性前体中的弹性能量来构建形状变形。更加明确地，当剪切的陶瓷前体从其剪切状态获释时，它们自动新的成形。

然后，一旦物体经过热处理，陶瓷前体就变为柔软的，机械牢固的陶瓷。研究小组回应，这些陶瓷具备较高的抗压强度－密度比（在1．6gcm－3微晶格上为547MPa），并且可以做成比其他打印机陶瓷更大的结构。

“整个过程听得一起很非常简单，但事实并非如此。”城大的机械工程副总裁兼教授卢教授详尽阐释道。

“从制作墨水到研发打印机系统，我们尝试了很多次和有所不同的方法。就像断裂蛋糕上的结冰一样，有许多因素可以影响结果，从奶油的类型和燃烧室的大小，到断裂的速度和力，以及温度。”事实上，4D打印机陶瓷早已长期存在，因为它早已花上了多达2．5年的时间，研究团队来解决挑战并呈现出陶瓷4D打印机工艺。最近公开发表在《科学变革》杂志上的该项目研究叙述了该研究的各个阶段。

在第一种成型方法中，研究人员用于陶瓷油墨3D打印机陶瓷前体和基板。然后用于双轴剪切装置剪切基材，并将用作相连前体的连接器3D打印机在其上。在连接器所在之处的情况下，将前体产生到剪切的基材上。

当后者被获释时，材料以可控的方式变形为预先设计的形状。在研究人员叙述的第二种方法中，将设计的图案必要打印机到剪切的陶瓷前体上。然后获释该结构并在通过计算机编程掌控的同时自我变形。

“凭借打印机陶瓷前体的多功能形状变形能力，它的应用于有可能十分极大！”－吕教授。在应用于方面，4D打印机陶瓷在电子器件的生产中尤其简单。

由于陶瓷表明出比金属更佳的电磁信号传输性能，因此它们更加多地被用作电子应用于。研究人员补足说道，4D打印机陶瓷也可以被客户用来生产自定义和简单设计的手机背板。

在电子产品之外，4D打印机陶瓷也可用作航空航天工业。“由于陶瓷是一种需要忍受高温的机械牢固材料，因此4D打印机陶瓷具备很高的潜力，可用于航空航天领域的前进部件。”陆教授说明说道。

尽管如此，在4D打印机陶瓷部件具备商业可行性之前还有一些工作要做到。根据卢教授的众说纷纭，研究工作的下一步将是提高陶瓷油墨的机械性能并减少脆性。

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