為什么3D打印可能是贏得超音速軍備競賽的關(guān)鍵？

如碳氧化硅（SiOC）之類的陶瓷材料可承受難以置信的溫度。如果通過3D打印技術(shù)成型為復(fù)雜的幾何形狀，那其用途就更加特殊了。陶瓷材料的3D打印，可能是開發(fā)未來超音速導(dǎo)彈和飛機的關(guān)鍵。

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(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)展實驗室。早在2016年，HRL就公布了其開發(fā)出一種新技術(shù)，使用這種技術(shù)3D打印的超強陶瓷材料能夠承受超過1400攝氏度高溫，該技術(shù)處于全球性的前沿技術(shù)地位。

HRL實驗室的研究在NASA空間技術(shù)研究資金的支持下獲得了不斷的進展，NASA的資金推動了HRL在耐溫陶瓷制成的3D打印火箭發(fā)動機部件領(lǐng)域的發(fā)展。

3D科學(xué)谷之前介紹過HRL通過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(wǎng)格和蜂窩狀材料，不但形狀復(fù)雜，并且還表現(xiàn)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(tǒng)、 多孔燃燒器、 微機電系統(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)動機中，這種陶瓷可以幫助設(shè)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。

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(xué)穩(wěn)定性使得高溫陶瓷在宇航、原子能、電子技術(shù)、機械、化工、冶金等方面有著廣泛的應(yīng)用。

由于高溫陶瓷的熔點極高，這使得通過3D打印制造陶瓷產(chǎn)品挑戰(zhàn)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(yīng)用意味著其伴隨著的應(yīng)用空間亦被打開。

HRL 目前可 3D打印兩類陶瓷。一類是大、 非常輕量級的點陣晶格結(jié)構(gòu)，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(fù)雜零件用于噴氣發(fā)動機和火箭的機電系統(tǒng)或組件。

根據(jù)空軍研究實驗室最近發(fā)布的一份聲明，航空航天系統(tǒng)局科學(xué)家正在尋找新的熱電偶輻射防護罩，HRL生產(chǎn)的材料對滿足這方面要求嚴格的空軍應(yīng)用的潛力變得明顯。

圖：空軍研究實驗室對陶瓷材料進行測試

空軍研究實驗室與HRL的合作是對雙方有利的，HRL作為空軍研究實驗室的供應(yīng)商為他們開發(fā)滿足要求的材料，空軍研究實驗室能夠向HRL提供測試結(jié)果并提供對雙方都有價值的反饋。空軍研究實驗室進行的極端溫度測試揭示了HRL新材料的局限性，從而HRL實驗室可以更加有針對性的改進材料。

來自實驗室測試的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了有價值的信息，用于開發(fā)和生產(chǎn)下一代增材制造技術(shù)生產(chǎn)的陶瓷。如果空軍和HRL實驗室的合作能夠帶來回報，那么他們就有可能通過開發(fā)超音速飛行器。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。目前，沒有任何材料可以承受超音速飛行過程中產(chǎn)生的極端熱量和壓力，而 3D打印陶瓷可能就是解決這個問題的方法。

來源：3D科學(xué)谷