近日，大连理工大学（Dalian University of Technology）的一项研究成果为高性能陶瓷3D打印带来了突破性解决方案。该校 researchers 开发出一种将微波场与激光3D打印相结合的混合增材制造技术，有效解决了极端工业环境下陶瓷部件长期存在的缺陷问题。

传统激光3D打印陶瓷过程中，形成的熔池浅薄且几乎瞬间凝固，导致材料内部微小的气泡被截留。这些气泡随后形成孔隙，成为裂纹萌生的起点。同时，纯激光条件下形成的晶体结构倾向于排列成均匀的平面条带，这种微观结构加剧了材料在机械应力下的脆性。

由大连理工大学牛方勇教授领导的研究团队，在激光照射的同时，将整个打印区域暴露于2.45 GHz的微波场中。由于微波能够穿透材料整体加热，而不仅仅作用于表面，熔池的液相持续时间从传统激光打印的平均0.85秒延长至混合系统中的1.86秒。更长的流动性窗口使得截留的气泡在凝固前得以逸出，从而将总空隙空间减少了85.5%，使孔隙率降至0.11%，剩余孔隙的平均直径也缩小至约38微米。

微波场还引起了微观层面的额外结构变化。残余孔隙内的截留气体因自由电子被微波场加速而获得能量，通过雪崩电离产生内部等离子体，进一步消除气泡。同时，陶瓷中的氧化钇稳定氧化锆（ZrO₂）成分充当了局部微波吸收剂，形成热点区域，促使晶体生长呈现随机化而非线性取向。这种随机化的微观结构有效阻断了裂纹扩展路径，提高了结构均匀性。

孔隙率的降低和晶体生长的重新定向共同作用，使得材料的抗弯强度提高了22.2%，最大承载能力达到373.8兆帕。

研究人员指出，该技术瞄准喷气发动机部件、燃烧室内衬和发电厂涡轮机等极端环境应用。目前，该研究仅在实验室条件下实现了小尺寸测试棒的制备。研究团队表示，要实现技术规模化应用，需要解决大体积均匀微波场施加以及两种能源实时同步等挑战。

这项由牛方勇教授领导的研究成果已发表于国际知名期刊《极端制造国际期刊》（International Journal of Extreme Manufacturing），为高性能陶瓷增材制造开辟了新路径。