為什么3D打印可能是贏得超音速軍備競(jìng)賽的關(guān)鍵？

如碳氧化硅（SiOC）之類(lèi)的陶瓷材料可承受難以置信的溫度。如果通過(guò)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(kāi)發(fā)未來(lái)超音速導(dǎo)彈和飛機(jī)的關(guān)鍵。

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(zhuān)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。早在2016年，HRL就公布了其開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，使用這種技術(shù)3D打印的超強(qiáng)陶瓷材料能夠承受超過(guò)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(shí)驗(yàn)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(jìn)展，NASA的資金推動(dòng)了HRL在耐溫陶瓷制成的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件領(lǐng)域的發(fā)展。

3D科學(xué)谷之前介紹過(guò)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。

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(chēng)，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 目前可 3D打印兩類(lèi)陶瓷。一類(lèi)是大、 非常輕量級(jí)的點(diǎn)陣晶格結(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(lèi)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。

根據(jù)空軍研究實(shí)驗(yàn)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(hù)罩，HRL生產(chǎn)的材料對(duì)滿(mǎn)足這方面要求嚴(yán)格的空軍應(yīng)用的潛力變得明顯。

圖：空軍研究實(shí)驗(yàn)室對(duì)陶瓷材料進(jìn)行測(cè)試

空軍研究實(shí)驗(yàn)室與HRL的合作是對(duì)雙方有利的，HRL作為空軍研究實(shí)驗(yàn)室的供應(yīng)商為他們開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足要求的材料，空軍研究實(shí)驗(yàn)室能夠向HRL提供測(cè)試結(jié)果并提供對(duì)雙方都有價(jià)值的反饋�？哲娧芯繉�(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的極端溫度測(cè)試揭示了HRL新材料的局限性，從而HRL實(shí)驗(yàn)室可以更加有針對(duì)性的改進(jìn)材料。

來(lái)自實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了有價(jià)值的信息，用于開(kāi)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(shí)驗(yàn)室的合作能夠帶來(lái)回報(bào)，那么他們就有可能通過(guò)開(kāi)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(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。目前，沒(méi)有任何材料可以承受超音速飛行過(guò)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(gè)問(wèn)題的方法。

來(lái)源：3D科學(xué)谷