《硅酸盐学报》“无机非金属材料3D打印技术”专辑导读

邱建荣¹，史才军²

(1. 浙江大学光电科学与工程学院，杭州 310027；

2. 湖南大学土木工程学院，长沙 410082)

3D打印，又称为“增材制造”或“增量制造”，是一种以数字模型文件为基础，运用计算机辅助设计和控制，通过层层打印（或固化、粘结或烧结等）方式构造三维物体的技术。3D打印技术具有节省物料、生产效率高、打印物体灵活、打印精度高、生产成本低、能够实现传统减材制造技术不能实现的结构和功能等优点，被认为是未来工业制造的一个重要发展方向。世界各国对3D打印技术非常重视。我国科技部启动了增材制造国家重点研发计划。近年来，3D打印技术发展迅猛，日新月异，已深入到各个方面。熔融沉积（FDM）、选择性激光烧结（SLS/SLM）、立体光刻成型（SLA）、数字光处理（DLP）、墨水直写技术（DIW）等技术已广泛应用于工业设计、模具制造、服装、汽车、建筑和航空航天等领域。

相对于金属、树脂和塑料，水泥混凝土、玻璃、陶瓷等无机非金属材料的3D打印的难度更大，目前尚处于研究开发阶段，尚没有实现类似金属3D打印的规模化应用。但由于无机非金属材料优异的物理化学性能，3D打印的水泥混凝土、玻璃、陶瓷物件有望广泛应用于建筑、电子、化学、生物、光学、医疗等众多领域，因此国内外众多研究机构开展了无机非金属材料的3D打印研究，并取得了重要进展。

在本专辑“无机非金属材料3D打印技术”中，浙江大学光电科学与工程学院张导等介绍了3D打印玻璃技术的发展现状，包括熔融沉积、选择性激光烧结、立体光刻、数字光处理、墨水直写等技术，归纳了3D打印玻璃的应用，分析了现有3D打印玻璃技术存在的问题，最后对3D打印玻璃技术进行了展望。深圳大学增材制造研究所龚志远等综述了喷墨3D打印在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池和燃料电池等能源器件制造的应用，并对未来发展趋势进行了分析和展望。中国科学院空间应用工程与技术中心顾玥等分析讨论了几种常用的光固化3D打印方法及其在陶瓷型芯、吸波材料、透波材料的应用，并对今后陶瓷光固化三维打印技术的前景与应用进行展望。浙江大学建筑工程学院孙晓燕等总结和分析了现有3D打印混凝土材料和结构增强与增韧方法，对混凝土3D打印技术应用推广需要解决的问题进行了讨论和展望。东南大学土木工程学院朱彬荣等基于3D打印和现浇两种成型方法，探究了不同成型方式对聚乙烯高延性水泥基复合材料单轴受拉及轴心抗压应力-应变关系，发现了3D打印成型方式使得试件的极限拉伸强度略有降低，而拉伸延性却有大幅提升，并建立了适用于现浇ECC和3D打印ECC的单轴受压应力-应变本构关系模型，为3D打印ECC构件和结构的计算分析提供了理论依据。中国科学院上海硅酸盐研究所喻小鹏等归纳了制备多孔生物陶瓷支架的3D打印技术原理及特点，重点介绍了3D打印生物陶瓷支架涉及的微量元素掺杂、功能性表面修饰、多孔结构的优化、微/纳米结构及仿生结构的构建等最新进展，讨论了3D打印生物陶瓷所面临的挑战及发展前景。清华大学材料科学与工程学院等根据高分子和金属增材制造的发展历程与陶瓷增材制造发展现状，提出了“增材制造”这一通过增材原理实现“成型—成性一体化”陶瓷部件的理念，剖析了增材制造“个性化”内涵的演变及演变的原因，分析了当前各类陶瓷增材制造技术的技术瓶颈，指出了实现陶瓷“增才制造”的可能路径。

3D打印技术作为一种新兴技术，虽然经历了30多年的发展历史，但与材料发展的漫长历史相比，可以说方兴未艾。今后将向高效、高精度、大幅面、多材料等方向发展，无论是材料、装备、工艺、后处理，还有很多难题需要攻克。但挑战与机遇同在，这正是我们中国科学家发挥想象力和创造力的绝好机会。