近日，我院王守仁教授团队在陶瓷增材制造领域取得新进展，相关工作以“Improved mechanical performance and forming accuracy of fluorapatite glass-ceramics manufactured using vat photopolymerization with the addition of zirconia”为题，发表于增材制造领域国际顶级期刊《Additive Manufacturing》（中科院一区，影响因子11.0）。王高琦副教授为论文第一作者，王守仁教授为通讯作者，济南大学机械工程学院为第一单位和通讯单位。
针对微晶玻璃半透性导致的3D打印精度低以及成形件强度低的难题，团队提出一种同时提高半透性微晶玻璃光固化增材制造成形精度和力学性能的方法，以扩大微晶玻璃在牙科、骨科和其他领域的应用。本研究将氧化锆粉末作为添加相加入氟磷灰石微晶玻璃粉末中，通过光固化3D打印成形微晶玻璃试样，并深入研究了氧化锆添加对成形精度、烧结收缩率、显微结构和力学性能的影响。通过光学数值模拟揭示了成形精度的改进机制，即低透光率的氧化锆加入高透光率的微晶玻璃浆料中可以改变浆料整体的光学性质，从而极大降低了光的散射范围，使成形尺寸误差减少了约80%。同时，断口分析表明氧化锆添加的主要强化和增韧机制包括载荷传递、拔出行为以及对裂纹固定、偏转、分支和桥接的影响，氧化锆增强微晶玻璃的弯曲强度和断裂韧性与原始微晶玻璃相比分别提高了2.5倍和2.1倍。
王守仁教授团队近几年在金属及陶瓷增材制造领域取得了多项理论和技术突破，该成果的刊发表明我院在增材制造领域的研究得到国际同行的认可，推动了我校机械工程学科的发展。
图1 微晶玻璃及微晶玻璃-氧化锆复合材料的打印坯体及打印误差
图2 液态树脂、微晶玻璃浆料以及微晶玻璃-氧化锆复合浆料的光散射数值模拟
