Frontier l 加州高溫陶瓷 3D打印技術公布于《科學》雜志
“ 高溫陶瓷是熔融溫度在氧化硅熔點(1728℃)以上的陶瓷材料的總稱,其耐高溫,高強度,高硬度,良好的電性能、熱性能和化學穩定性使得高溫陶瓷在宇航、原子能、電子技術、機械、化工、冶金等方面有著廣泛的應用。
由于高溫陶瓷的熔點極高,這使得通過3D打印制造陶瓷產品挑戰性更高。然而,又因為陶瓷不能通過鑄造或容易被機加工,這使得3D打印在陶瓷的加工方面具有飛躍性的幾何靈活性。獲得3D打印陶瓷-尤其是高溫陶瓷突破的應用意味著其伴隨著的應用空間亦被打開。”
位于加利福尼亞州Malibu的HRL 實驗室,是由波音公司和通用汽車公司所合作擁有的專業從事研究傳感器和材料、 信息和系統科學、 應用電磁學和微電子的研究和發展實驗室。在2016年的第一天,HRL公布其開發出一種新技術,使用這種技術3D打印的超強陶瓷材料能夠承受超過1700攝氏度高溫。該技術在《科學》雜志發布,意味著全球性的前沿技術地位。
HRL發明了的這種可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方,這種樹脂在3D打印后經過過火可以生成致密的陶瓷部件。這是一個驚人的突破,因為它使能夠產生任意多邊形陶瓷部件,強大且無溫度彈性,陶瓷表面無任何加工,不需鑄造或嵌塞。
HRL 通過紫外線光固化快速成形陶瓷的preceramic monomers—”先驅體轉化聚合物”,通過這些聚合物制造的陶瓷均勻收縮,幾乎沒有孔隙度。并且可以形成迷你網格和蜂窩狀材料,不但形狀復雜,并且還表現高的強度,這種密度泡沫陶瓷可以在推進零部件、 熱防護系統、 多孔燃燒器、 微機電系統和電子設備獲得應用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發動機中,這種陶瓷可以幫助設計者制造能抵御起飛過程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件。
該技術的突破意義在于,之前3D 打印陶瓷的典型技術一方面不能產生特別復雜的零件,像版畫一樣往往易產生裂縫現象。,另一方面大多數陶瓷 3D 打印機也僅限于”氧化物陶瓷材料”低熔點陶瓷打印。HRL 使用的精密光固化快速成形過程,可以 3D 打印致密和耐用陶瓷部件。
應用在10倍的音速飛馳的超音速飛行器上,由于空氣的摩擦,任何交通工具表面都會變得非常熾熱,如果想要制造高超聲速飛行器就需要用高溫陶瓷制造整個外殼。
HRL 目前可 3D 打印兩類陶瓷。一類是大、 非常輕量級的晶格結構,可以用于飛機和航天器的耐熱板及其他外部部件。一類是小但復雜零件用于噴氣發動機和火箭的機電系統或組件。
HRL已經得到了美國國防部先進研究項目局(DARPA)的資助。一旦進一步的測試完成,那些正在尋找耐高溫部件的火箭和衛星設計師可能會很快采用HRL的陶瓷3D打印技術。
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