香港城市大學呂堅院士的研究團隊在4D打印領域取得了重大突破，成功實現(xiàn)了4D增減材復合制造形狀記憶陶瓷。這一研究成果于2023年7月30日發(fā)表在國際頂級期刊《Advanced Materials》上，論文題目為“4D additive–subtractive manufacturing of shape memory ceramics”，第一作者為劉果博士，通訊作者為呂堅院士。

傳統(tǒng)陶瓷材料由于熔點高、難以變形等特點，其制造過程一直受到限制。而現(xiàn)有的3D打印陶瓷前驅體通常也難以滿足復雜形狀陶瓷的生產(chǎn)需求。為了解決這些問題，呂堅院士團隊提出了4D增減材復合制造的新范式，實現(xiàn)了陶瓷的一步式變形變質4D打印，兼具高2D/3D/4D精度、高效率及大尺寸等特點。

該研究團隊受中國傳統(tǒng)陶藝啟發(fā)，利用陶瓷前驅體材料的易加工性，集成了陶瓷4D打印系統(tǒng)與減材制造、異質工程、表面工程等技術，突破了先前4D打印陶瓷技術的局限性。他們研發(fā)了具有初始/反向、整體/局部多模式形狀記憶功能的宏觀尺寸形狀記憶陶瓷，并提升了所打印復雜網(wǎng)格輕質結構SiOC基陶瓷材料的火焰燒蝕性能。

研究亮點包括：

1. 4D增減材復合制造陶瓷：該技術突破了陶瓷打印領域高3D結構精度與大尺寸不可兼得的難題，實現(xiàn)了批量化高速高精4D打印陶瓷，單個樣品的制備有望控制在一分鐘內。十厘米級陶瓷的最小特征尺寸可達十微米級。
2. 4D打印大尺寸形狀記憶陶瓷：研發(fā)了4D打印形狀記憶陶瓷技術，填補了大尺寸形狀記憶陶瓷、4D打印形狀記憶陶瓷兩項研究的國際空白。通過4D打印全陶瓷葉盤模型驗證了高4D變形精度、大尺寸、復雜結構形狀記憶陶瓷材料制備的可行性。
3. 2D/3D/4D前驅體拋光技術：研發(fā)了基于高能束或機械研磨的拋光技術，改善了3D/4D打印領域普遍存在的臺階效應，為高2D表面質量、復雜形狀陶瓷材料的制備提供了新思路。在全陶瓷葉盤模型示范中，曲面陶瓷葉片的表面粗糙度顯著降低。
4. 復雜網(wǎng)格輕質結構陶瓷材料熱性能：探究了原子層沉積（ALD）技術對3D/4D打印復雜網(wǎng)格輕質結構SiOC基陶瓷材料火焰燒蝕性能的提升作用機制，拓展了復雜結構SiOC基陶瓷材料的高溫應用前景。

這一研究成果有望拓展高溫結構材料在航空航天、3C電子、生物醫(yī)療和藝術等領域的應用，為4D打印技術的發(fā)展開辟了新的道路。同時，該研究也體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)陶藝與現(xiàn)代科技的完美結合，展現(xiàn)了科技創(chuàng)新的無限可能。