3D打印用于材料开发又立新功，NASA研发的新合金耐用性是传统合金的1000倍

2022年4月21日，南极熊获悉，航天器材料不仅性能要求先进——它们还必须承受高水平的热量、摩擦和压力等。为了克服这些挑战，建造航天器及其不同部件需要坚固耐用的材料。最近，美国宇航局格伦研究中心的科学家们开发了一种革命性的金属合金，该合金有可能使航天器和喷气发动机部件在极端条件下更加高效和可靠。

△涡轮发动机燃烧器（燃料-空气混合器）是由NASA Glenn使用3D打印而成。图片来自美国国家航空航天局

新合金是在NASA 航空研究任务理事会 (ARMD) 运营的转型工具和技术 (TTT) 项目下使用3D打印制造的。TTT 一直参与为NASA开发各种其他高科技计算和实验技术。

GRX-810可以持续承受超过1090°C的高温。可用于制造火箭和涡轮发动机，并应用于运载火箭、洲际弹道导弹、导弹、商用喷气发动机、高超音速等等。它还继承了NASA及其喷气推进实验室的其他开创性工作，例如用于发动机的GRCo-84铜合金。

NASA指出GRX-810还具有以下特点，
*抗压强度是之前的二倍
*合金的拉伸力/弯曲灵活性是以前的三倍半
*在高温应力下的耐久性超过1000倍

“开发纳米级氧化物颗粒合金具获得难以置信的性能优势。这一突破对于材料开发来说是革命性的。更坚固、更轻的材料将为美国宇航局未来发展起到重要的意义。以前，抗拉强度的提高通常会降低材料在断裂前的拉伸和弯曲能力，现在的新合金已不在担心这个问题，”NASA Glenn转型工具和技术项目副项目经理Dale Hopkins说。

△轧制合金特种金属。图片来自Pexels

这一消息对于3D打印行业来说具有双重意义，因为GRX-810合金它可以用3D打印制造。NASA使用该技术“将纳米级氧化物均匀地分散在整个合金中，从而提供更好的高温性能和耐用性能”。

现在，NASA能够以更低的成本和更可控的方式获得ODS材料。如果用传统工艺，需要使用球磨方法来制造。然而，现在仅使用3D打印和静电沉积等方法，就可以设计出比其他方法制造方法性能更高的合金。实际上，3D打印还可以使这些材料更加通用，并使工程师实现更为优化的设计想法。

通过3D打印技术，NASA可以快速实现自己的想法。霍普金斯说：“过去需要数年的试错过程，现在仅需数周或数月即可实现。” 除了3D打印，该机构还透露热力学建模也是他们可以加速获得GRX-810材料的关键点。其中计算热力学用于建模和预测能源系统、燃烧和合适合金的开发。目前，3D打印已经发展了几十年，美国宇航局肯定会广泛使用它，桑迪亚国家实验室等其他政府机构也是如此。

△NASA航天器示意图。图片来自3dprint

应用这两种工艺大大加快了我们材料开发的速度。我们现在可以任何时候更快、性能更好地生产新材料，”NASA 材料科学家Tim Smith说。

3D打印不仅仅是一种生产技术，它还充当了一种材料发现工具。该技术再次在高超音速竞赛的一个关键领域发挥作用，它或许可以成为高超音速滑翔飞行器开发下一代新材料的关键技术，特别是用于发动机和蒙皮部件。

3D打印以前曾用于创建独特的微观结构和宏观结构，但现在它可以在设计结构和零件之前设计材料本身。这可能意味着增材制造可以成为一个材料开发平台，并且为精确应用设计更为适合的材料，这个方向可能比我们许多人想象的要走得更远。