HRL開發(fā)出可耐1400℃高溫超強3D打印陶瓷

3D打印陶瓷正在快速興起。最近，正在進行相關(guān)研究的HRL實驗室就開發(fā)出了一種新技術(shù)，能夠3D打印出可承受1400℃高溫的超強陶瓷制品。HRL認為這種技術(shù)有望很快在航天工業(yè)中得到應(yīng)用。

實際上，3D打印陶瓷產(chǎn)業(yè)起步已經(jīng)有一段時間了：Vormvrij 3D和Deltabots公司都已經(jīng)開發(fā)出了自己的陶瓷3D打印機并成功打印出了成品。但是，這些設(shè)備大多使用的都是FDM工藝，而此次HRL采用的技術(shù)則是更為精確的光固化快速成形技術(shù)，所以制造出的成品在精細度、強度和耐高溫能力方面也就更勝一籌。

“我們開發(fā)出了一種預(yù)陶瓷樹脂，在燒制后可以轉(zhuǎn)化為陶瓷�！盚RL的資深科學(xué)家Tobias Schaedler表示：“盡管當中會出現(xiàn)一些收縮，不過因為它們是均勻的，所以最終的結(jié)果是可預(yù)測的�！�

通過開發(fā)這種可3D打印的“陶瓷樹脂”，HRL似乎找到了一種能夠避免當前陶瓷3D打印常見問題的方法 — 目前的常規(guī)3D打印方法制造出的陶瓷對象往往會出現(xiàn)裂縫和破損，所以無法制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。另外，目前的大部分陶瓷3D打印機可使用的材料也只有低熔點的“氧化物陶瓷”而已。

HRL工程師Zak Eckel解釋說：“此次我們開發(fā)的這種能兼容光固化3D打印技術(shù)的樹脂是一個驚人的突破，因為利用它，我們可以制造出任意形狀的陶瓷產(chǎn)品。它們不但致密、強度高，而且非常耐高溫。由此，我們就能充分利用3D打印的好處，使用高應(yīng)用性的工程材料創(chuàng)建出復(fù)雜的部件�！�

據(jù)中國3D打印專業(yè)媒體平臺南極熊了解，HRL的這種陶瓷3D打印機售價是3000美元，而打印出的成品一點都不像陶瓷，反而更像是塑料，你可以從圖片中看出。這種所使用的陶瓷樹脂材料含有形成堅硬陶瓷所需的所有分子。在打印過程中，樹脂層會經(jīng)過紫外光的精確灼刻，然后將單體熔融成聚合物。隨后，這種塑料狀的打印件會被放在一個溫度達到1000℃、充斥著氬氣的烤箱中。再那里，多余的化學(xué)基團被移除，而高強度的陶瓷結(jié)構(gòu)則會留下。用電子顯微鏡對最終產(chǎn)品進行分析后，研究者在表面沒有檢測到孔隙和裂紋，而進一步測試后，他們發(fā)現(xiàn)這種陶瓷制品在1400℃的高溫下也不會開裂和收縮。

目前，HRL已經(jīng)制造出了可能是全球第一個的3D打印碳化硅陶瓷品。另外，他們不僅認為通過對陶瓷樹脂成份進行適當調(diào)整可以打印出更多種類的陶瓷，而且認為這種致密、抗高溫的陶瓷是一種適用于許多高溫應(yīng)用的理想材料。比如在開發(fā)高超音速飛行器和噴氣發(fā)動機中，工程師可以用這種技術(shù)和材料制造能夠經(jīng)受住起飛中超高溫的專用小型部件。

“任何大氣中以10倍的音速運動的飛行器都會因為空氣摩擦變得非常熱，”Schaedler表示：“所以它們的外殼必須使用陶瓷制造�！�

現(xiàn)在借助于新技術(shù)，HRL已經(jīng)3D打印出了兩種實用的陶瓷品：一種是體積大卻非常輕的晶格結(jié)構(gòu)，可以用于制造飛機與航天器的耐熱板和其他外部部件；另外一種小型復(fù)雜的部件，可用于制造機電系統(tǒng)、噴氣發(fā)動機或火箭的部件。

Schaedler表示，他們已經(jīng)得到了美國國防部先進研究項目局（DARPA）的資助。“HRL的這種方法可以幫助我們將多種優(yōu)異的材料特性（比如高強度、低密度和低質(zhì)量）集中到一起，然后將具有這種特性的材料打造成復(fù)雜的形狀。”DARPA國防科學(xué)辦公室主任Stefanie Tompkins說。

一旦HRL完成進一步的測試，那些正在尋求小型耐高溫部件的火箭和衛(wèi)星設(shè)計者就很可能開始嘗試他們的技術(shù)。

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via 3ders