加拿大的研究人员滑铁卢大学已经提出了一种新颖的方式，可以通过功能分级的陶瓷制造3D打印家庭用品。
通过精确编程功能分级的材料，可以通过使他们能够解决特定应用程序的方式使它们从一个表面变为另一个表面。滑铁卢团队创建了一个基于分级的粘土复合材料后，现在已经开发了一种在湿加工过程中改变其变形的方法，并将其3D打印到“级别”灯光照明的屏幕上。
改变建筑规范
When it comes to the formulation of ceramics currently used in the architecture industry, the primary goal tends to be material uniformity. This is because consistency across individual ceramic units makes production processes more predictable and cost-effective, and it also facilitates their integration into larger aggregates like bricks or tiles.
常规粘土制造的另一个核心要素在于对材料性能属性的调节，这种方法旨在最大程度地减少变形。许多用于加工粘土的形成方法，甚至涉及使用模具或模板在湿加过程中实现这一目标，但这是必要的吗？如果该过程翻转了怎么办？
Through the active utilization of plastic deformation in clay 3D printed parts, the University of Waterloo team propose that it’s possible to realize previously-unfeasible builds with ‘variable sectional conditions.’ This, the researchers say, could be useful when it comes to creating structures with a desired stability, sectional width, and porosity, including those that vary from being opaque to highly porous.
Creating functionally-graded shades
Once they’d formulated a functionally-graded material, the team set about developing a way of accurately 3D printing with it. Producing parts from clay can be more difficult than with polymers, as it’s heavier, more viscoelastic, and has lower interfacial bonding, features that can cause discrepancies between 3D models and their printed counterparts.
为了解决这个问题，研究人员决定完全放弃切片软件，并在Grasshopper中提出自己的工具路线设计，故意操纵其材料的下垂特性，以允许创建非平面结构。
迭代其工具路径以减少几何形状生成，打印分辨率，挤出域和速度值时的数字变量数量，团队继续在实践中部署它。这看到了滑铁卢工程师的液体沉积建模（LDM）3D打印灯屏幕，其孔具有功能分级的光圈，因此它们具有改变照明的不同孔隙率。
通过沉积一系列不受支持的悬垂物创建，对孔进行了三种不同的设计测试，这些设计具有小，中和较大的间隙。尽管其中最小的孔径是单层的孔径，但较大的构造是使用11和17层的循环创建的，但最终都取得了成功的构建。
研究人员实验中最令人印象深刻的方面也许是最大的阴影包括两种不同的模式，它们重叠以在其外部创建两个不同的照明架子。将来，团队说他们的方法“可以应用于多种基本几何形状”，包括制作灯具，装饰砌体组件和隐私屏幕等。
尽管通常不在3D印刷行业中部署，但有些人试图更好地利用粘土，尤其是作为建筑材料。这个领域的早期领导者之一是黄蜂，一家继续推进其粘土兼容技术并在2021年透露的公司本田的3D打印摩托车型号。
在其他更多实验应用中，研究人员代尔夫特工业大学以前也已经开发了钙化的基于粘土的3D打印水泥。与传统水泥相比，据说这种新型陶瓷可提供改善的流量一致性，水合特性和可建造性，这是精确挤出的所有关键方面。
研究人员的发现在其论文中详细介绍了“在多孔3D印刷陶瓷灯屏中利用塑性变形”，由詹姆斯·克拉克·希克斯（James Clarke-Hicks），伊莎贝尔·奥乔亚（Isabel Ochoa）和大卫·科雷亚（David Correa）合着。
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Featured image shows one of the researchers’ lamp shades being 3D printed. Photo via James Clarke-Hicks, the University of Waterloo.
