工程科学:激光可以将3D打印技术提升到新的水平?

只需一次充电即可行驶超过1,000英里的汽车和可以连续运行几天而无需充电的智能手机，这些都可能来自克莱姆森大学新的研究项目，该项目将3D打印和激光加工结合在一起。Jianhua“Joshua”Tong和他的团队正在研究一种新的3D打印技术，该技术涉及快速激光加工，以创建“质子陶瓷电解槽堆叠”，将电能转化为氢气，作为储存能量的一种方式。

电解槽可具有多种用途，包括作为汽车中的燃料源或存储由太阳能和风能产生的能量。Tong说，新的激光三维打印技术将减少制造高压电解槽的成本和时间。他说，这样做不仅可以将制氢成本降低一半，而且可以将设备尺寸降低一个数量级。

Tong是材料科学与工程的副教授，正在从美国能源部的能源效率和可再生能源办公室获得160万美元的研究。“我们的成功意味着我们可以提供可持续的清洁能源，”Tong说。“这是很棒的部分。我们正在将3D打印推向新的水平。”

如果研究人员使用电解槽取得成功，同样的技术可以用于3D打印其他类型的陶瓷产品，包括电池和太阳能电池。例如，该技术可能导致高密度电池，允许智能手机一次保持充电几天，他说。

Tong的项目是越来越多的研究，旨在使用3D打印来改变产品的生产方式。在3D打印中，产品在计算机上设计，然后一次打印一层，这些层堆叠在一起以形成产品。

高中教室中常见的微波级三维打印机采用塑料打印。先进制造业面临的一大挑战是如何以其他类型的材料经济高效地进行印刷。对于Tong来说，重点是陶瓷。当常规制造时，陶瓷必须在高温炉中烧结，通常持续数小时。不同类型的陶瓷需要在不同温度下烧结。

电解槽需要四种不同类型的陶瓷，这使得烧结成为一项挑战。在Tong的项目中，一台3-D打印机放下一层陶瓷，同时激光烧结它，无需使用熔炉。该技术将允许用户在不使用炉子的情况下对由四种不同类型的陶瓷制成的电解器进行3D打印。它类似于制作具有许多层的蛋糕并且每层具有不同的风味。

该技术可以打开新产品的3D打印及其带来的所有优势。例如，汽车燃料电池堆的设计可以通过电子邮件发送到数千英里以外的工厂，并且可以在几小时内打印，而不是等待数天的交付，Tong说。该项目汇集了克莱姆森材料科学与工程系的四名教师。Tong是该项目的主要调查员，而Hai Xiao，Kyle Brinkman和Fei Peng是联合首席调查员。

该部门主席Rajendra Bordia表示，该研究增强了克莱姆森帮助创造更可持续的能源转换方式的努力。“材料科学与工程系的独特定位是在利用电解技术为可再生能源运输创造能源方面发挥主导作用，”他说。“从事这个项目的团队代表了相关领域的世界级专业知识，包括用于能量转换，激光加工，增材制造和陶瓷加工的陶瓷材料和设备。”

工程，计算和应用科学学院院长Anand Gramopadhye表示，该项目建立在克莱姆森在先进制造研究方面的卓越表现之上。“奖项的数量证明了进入研究的创新理念和顶尖人才，”Gramopadhye说。“我祝贺唐博士和他的团队获得补助金。”

来源:不忘初心将来的我们