LITHOZ 陶瓷 3D 打印技術(shù)：航空航天應(yīng)用的游戲規(guī)則改變者

當(dāng)談到航空航天領(lǐng)域的 3D 打印時，金屬通常是常用的材料。然而，高性能的3D打印陶瓷同樣具有一系列出色的特性，使它們在極端環(huán)境下非的應(yīng)用效果常高效，這使得陶瓷成為航空航天應(yīng)用中3D打印零件的理想選擇。

在本文中，南極熊探討了陶瓷3D打印的巨大潛力，以及Lithoz 的LCM 技術(shù)如何改變3D 打印和航空航天領(lǐng)域的游戲規(guī)則。

陶瓷材料具有優(yōu)異的特性

目前，金屬的廣泛使用意味著陶瓷很少位于工程師購物清單的首位。然而，金屬在惡劣條件下會迅速達(dá)到其自然極限這一事實(shí)意味著陶瓷正變得越來越重要。

但是，是什么特性讓陶瓷材料能夠適合惡劣和極其苛刻的環(huán)境呢？

高性能陶瓷具有極高的硬度、耐磨性和耐熱性，并且能夠抵抗熱腐蝕和氧化。此外，用陶瓷3D打印的零件具有機(jī)械和尺寸穩(wěn)定性，在極高溫度下仍保持機(jī)械強(qiáng)度。陶瓷還具有電氣和熱絕緣效果，增加了其用于內(nèi)部機(jī)械組件的實(shí)用性。

通過將這些出色的特性與 3D 打印的設(shè)計(jì)靈活性相結(jié)合，可以將航空航天的應(yīng)用探索推向一個的全新的維度。

3D 打印陶瓷應(yīng)用于航空航天

眾所周知，增材制造可以生產(chǎn)比目前通過傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)的任何產(chǎn)品都更耐用、更復(fù)雜的部件。此外，在制造用于航天和航空應(yīng)用的部件時，所選材料必須能夠承受最極端的熱條件，這一點(diǎn)至關(guān)重要。因此，陶瓷 3D 打印提供了生產(chǎn)高度復(fù)雜零件的完美組合，因此效率更高，能夠在惡劣和苛刻的環(huán)境中運(yùn)行。

事實(shí)上，工程師們一直在尋找提高效率、減少消耗、限制浪費(fèi)、改善冷卻和延長正常運(yùn)行時間的方法。將 3D 打印的設(shè)計(jì)自由度與陶瓷的耐用性相結(jié)合，為此提供了理想的解決方案。

這種結(jié)合帶來的一個主要好處是減少空間碎片。由于其耐用性，陶瓷部件可用于即使是最堅(jiān)硬的金屬也失效的地方。在航空航天領(lǐng)域，金屬的使用壽命比陶瓷短，并且在暴露于極端熱條件下時會更快失效。這些失敗的部分成為空間碎片。使用陶瓷可以減少空間碎片，因?yàn)槭芰Σ考�在這些極端條件下磨損較少。

此外，陶瓷 3D 打印可以生產(chǎn)高精度和復(fù)雜的零件。在航天器中，從推進(jìn)器和傳感器到具有錯綜復(fù)雜通道的復(fù)雜航空鑄件芯等零件都需要令人難以置信的高水平精度和準(zhǔn)確度。

在航空領(lǐng)域，更嚴(yán)格的排放法規(guī)要求渦輪葉片中的冷卻通道越來越復(fù)雜，通過更精細(xì)的冷卻實(shí)現(xiàn)更高的效率。傳統(tǒng)的熔模鑄造方法無法生產(chǎn)出如此精細(xì)的結(jié)構(gòu)。3D 打印陶瓷鑄芯可實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)自由度、更高的零件復(fù)雜性以及最終所需的改進(jìn)冷卻效果。

△陶瓷材料非常適合極端環(huán)境，這個氮化硅部件的高耐熱震性就證明了這一點(diǎn)。照片來自 Lithoz。

Lithoz 和陶瓷 3D 打印

Lithoz 是工業(yè)陶瓷 3D 打印機(jī)的領(lǐng)先開發(fā)商，已經(jīng)成功挖掘了陶瓷 3D 打印在航空航天應(yīng)用中的潛力。Lithoz 的CeraFab S65工業(yè)打印機(jī)采用基于光刻的陶瓷制造 (LCM) 技術(shù)，可提供超精確的 3D 打印，并在批量生產(chǎn)中具有精確的可重復(fù)性。

Lithoz 的 LCM 技術(shù)能夠3D 打印陶瓷鑄芯用于飛機(jī)渦輪葉片。如前所述，3D 打印陶瓷鑄芯對于生產(chǎn)復(fù)雜的渦輪葉片冷卻通道至關(guān)重要。Lithoz 的 3D 打印機(jī)生產(chǎn)這些部件的速度和體積大大縮短了開發(fā)時間，加快了上市時間。

△Lithoz LCM 技術(shù)能夠生產(chǎn)用于飛機(jī)渦輪葉片的高效陶瓷鑄芯，并且上市時間要快得多。照片來自 Lithoz。

LCM 3D 打印機(jī)非常適合制造復(fù)雜和精密的陶瓷零件，還提供多材料功能。這臺 3D 打印機(jī)可以將不同的陶瓷與金屬或聚合物結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)突破性的多功能部件，并將許多理想的材料特性組合在一個部件中。Lithoz 的新雙缸系統(tǒng)允許這些不同的材料逐層混合，甚至可以在同一打印作業(yè)中在同一層靈活分級。

例如，這個雙缸系統(tǒng)允許實(shí)現(xiàn)定制的孔隙率。Lithoz 的多材料 LCM 3D 打印機(jī)可以克服傳統(tǒng)制造技術(shù)在制造具有所需微觀結(jié)構(gòu)和梯度結(jié)構(gòu)的孔隙率梯度氧化鋁方面存在的主要問題。這是離子推進(jìn)器研發(fā)應(yīng)用的理想選擇。

Lithoz 的 LCM 工藝將所需的航空航天特性與 3D 打印設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)的靈活性相結(jié)合。這導(dǎo)致生產(chǎn)出具有無可比擬的細(xì)節(jié)和精度的完全致密部件。

因此，可以 3D 打印出比金屬更堅(jiān)固、使用壽命更長的部件，從而減少空間碎片和停機(jī)時間。更重要的是，這些陶瓷部件還可以納入以前使用傳統(tǒng)生產(chǎn)方法時無法想象的復(fù)雜設(shè)計(jì)。

Lithoz 還將他們的技術(shù)擴(kuò)大到工業(yè)批量生產(chǎn)的水平。因此，除了 LCM 提供的技術(shù)和材料優(yōu)勢外，還可以將生產(chǎn)提高到批量 3D 打印高質(zhì)量零件的系列水平。

陶瓷 RF 濾波器是 LCM 陶瓷 3D 打印如何改變航空航天應(yīng)用效率水平的一個完美示例。這種過濾器是電子電路，在提高信號質(zhì)量和減少通信系統(tǒng)的干擾方面起著關(guān)鍵作用。采用LCM技術(shù)的陶瓷3D打印可以將這些過濾器必要的復(fù)雜和精確的形狀以小型化的形式系統(tǒng)地生產(chǎn)出來。整個應(yīng)用的這種縮減使得重量大大減輕，這是航空航天工程師的首要目標(biāo)。

△通過將陶瓷的理想材料特性與 3D 打印的設(shè)計(jì)自由度相結(jié)合，可以為通信應(yīng)用制造更復(fù)雜和有效的射頻濾波器，如圖所示。照片來自 Lithoz

使用具有高介電常數(shù)和低損耗因數(shù)的陶瓷的一個主要好處是介電常數(shù)越高（在穩(wěn)定的損耗因數(shù)下），濾波器可以設(shè)計(jì)得越小。因此，這些陶瓷非常適合 LCM 技術(shù)，可提供無與倫比的精度，并針對 3D 打印微型零件進(jìn)行了優(yōu)化。

氮化硅氣釘噴嘴也可以使用 Lithoz LCM 技術(shù)進(jìn)行 3D 打印，Lithoz 的LithaNit 材料非常適合此類應(yīng)用。由于其高強(qiáng)度、耐堿和耐酸，尤其是其卓越的抗熱震性，這些深色陶瓷非常適合用于航空航天部件。氮化硅是 3D 打印絕緣體、彈簧和渦輪機(jī)葉輪的理想選擇。