NASA支持HRL實(shí)驗(yàn)室3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷零件的研究

位于加利福尼亞州Malibu的HRL 實(shí)驗(yàn)室，是由波音公司和通用汽車(chē)公司所合作擁有的專業(yè)從事研究傳感器和材料、 信息和系統(tǒng)科學(xué)、 應(yīng)用電磁學(xué)和微電子的研究和發(fā)展實(shí)驗(yàn)室。在2016年，南極熊報(bào)道過(guò)，HRL開(kāi)發(fā)的3D打印的超強(qiáng)陶瓷材料能夠承受超過(guò)1400攝氏度高溫的新技術(shù)。該技術(shù)在《科學(xué)》雜志發(fā)布，意味著全球性的前沿技術(shù)地位。如今，這項(xiàng)研究已經(jīng)獲得NASA空間技術(shù)研究資金的支持，NASA的資金將使HRL推動(dòng)由耐溫陶瓷制成的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件的發(fā)展。

HRL的高級(jí)科學(xué)家和項(xiàng)目經(jīng)理Tobias Schaedler表示：“高溫陶瓷通過(guò)傳統(tǒng)制造方法很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀，而3D打印可以完全改變陶瓷部件的外觀，并推進(jìn)它們?cè)诨鸺�發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用�！�

HRL 通過(guò)紫外線光固化快速成形陶瓷的preceramic monomers—”先驅(qū)體轉(zhuǎn)化聚合物”，通過(guò)這些聚合物制造的陶瓷均勻收縮，幾乎沒(méi)有孔隙度。并且可以形成迷你網(wǎng)格和蜂窩狀材料，不但形狀復(fù)雜，并且還表現(xiàn)高的強(qiáng)度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進(jìn)零部件、 熱防護(hù)系統(tǒng)、 多孔燃燒器、 微機(jī)電系統(tǒng)和電子設(shè)備獲得應(yīng)用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種陶瓷可以幫助設(shè)計(jì)者制造能抵御起飛過(guò)程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件。

憑借NASA的資助，HRL實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)開(kāi)發(fā)3D打印陶瓷的應(yīng)用，從而以更輕松的制造方式為航空航天工業(yè)提供更高靈活性的高性能零件，同時(shí)降低生產(chǎn)成本和整體交貨時(shí)間。

為了加強(qiáng)與NASA的合作，HRL將與NASA位于Tucson的微型衛(wèi)星發(fā)射分包商Vector緊密聯(lián)系。后者將通過(guò)探索適用于陶瓷3D打印的新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)引導(dǎo)HRL的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作，并將提供“3D打印零件性能改進(jìn)評(píng)估報(bào)告”作為合作進(jìn)展的記錄。

NASA的這筆資金將使HRL實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行兩年的研究工作，之后據(jù)了解，這些3D打印的陶瓷零件將在亞利桑那州Vector的設(shè)備發(fā)射中心進(jìn)行地面測(cè)試。高溫陶瓷是熔融溫度在氧化硅熔點(diǎn)(1728℃)以上的陶瓷材料的總稱，其耐高溫，高強(qiáng)度，高硬度，良好的電性能、熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性使得高溫陶瓷在宇航、原子能、電子技術(shù)、機(jī)械、化工、冶金等方面有著廣泛的應(yīng)用。

由于高溫陶瓷的熔點(diǎn)極高，這使得通過(guò)3D打印制造陶瓷產(chǎn)品挑戰(zhàn)性更高。然而，又因?yàn)樘沾刹荒芡ㄟ^(guò)鑄造或容易被機(jī)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(yīng)用意味著其伴隨著的應(yīng)用空間亦被打開(kāi)�！�

HRL發(fā)明了的這種可兼容與光固化/3D打印的樹(shù)脂配方，這種樹(shù)脂在3D打印后經(jīng)過(guò)過(guò)火可以生成致密的陶瓷部件。這是一個(gè)驚人的突破，因?yàn)樗�使能夠產(chǎn)生任意多邊形陶瓷部件，強(qiáng)大且無(wú)溫度彈性，陶瓷表面無(wú)任何加工，不需鑄造或嵌塞。

該技術(shù)的突破意義在于，之前3D 打印陶瓷的典型技術(shù)一方面不能產(chǎn)生特別復(fù)雜的零件，像版畫(huà)一樣往往易產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。，另一方面大多數(shù)陶瓷 3D 打印機(jī)也僅限于”氧化物陶瓷材料”低熔點(diǎn)陶瓷打印。HRL 使用的精密光固化快速成形過(guò)程，可以 3D 打印致密和耐用陶瓷部件。

應(yīng)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(huì)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(gè)外殼。

HRL 目前可 3D 打印兩類陶瓷。一類是大、 非常輕量級(jí)的晶格結(jié)構(gòu)，可以用于飛機(jī)和航天器的耐熱板及其他外部部件。一類是小但復(fù)雜零件用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭的機(jī)電系統(tǒng)或組件。

來(lái)源：3D科學(xué)谷

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