TECNALIA采用粘结剂喷射技术成形SiC陶瓷零件，可适应太空极端环境

2022年6月16日，南极熊获悉，TECNALIA采用粘结剂喷射技术制造出卫星光学支架上的碳化硅陶瓷零件，近净成形技术的选用减少了后处理时间，保证了成形零件质量，为陶瓷材料在太空极端环境下的尖端应用开辟了一条新的道路。

△碳化硅陶瓷零件

TECNALIA是一个基础研究和技术发展中心，专注于将知识转化为公司的商业机会和社会的GDP增长。该公司的工业和移动性（I&M）部门从事工业产品和服务的设计、制造、维护和报废，致力于开发极端条件下的应用材料也是它们的常见业务。

SENER Aeroespacial是一家为太空、国防和科学提供高性能航空航天系统的领先供应商，半个多世纪以来，通过技术发展增加价值。该公司与欧洲航天局（ESA）等客户合作，在光学力学、大型移动结构以及仪器和基础设施控制方面开展了多学科项目。

X系列粘结喷射技术的材料灵活性允许TECNALIA公司能够使用其InnoventX系统来打印不同系列的粉末材料。例如，该团队利用其专业知识来改进硬质合金和工具钢，以推动切削工具行业的性能优化，并加工尖端应用所需的功能陶瓷材料，如碳化硅和氧化铝。

△SiC陶瓷粉末。照片来源：Erik Børseth，Synlig.no

TECNALIA团队在耐极端温度、耐磨损和耐腐蚀环境的材料方面积累了丰富的经验，当SENER Aeroespacial和欧洲航天局（ESA）想要研究卫星光学支架的新制造途径时，他们成为了天然的合作伙伴。太空旅行的恶劣条件要求部件具有高度的尺寸稳定性、热膨胀系数（CTE）、良好的表面质量和机械性能，以保证与其相邻系统兼容。因此，陶瓷因其热机械稳定性、高温性能、硬度和重量轻而成为太空应用的理想选择，TECNALIA公司带来了所需的材料和工艺技术，以应对挑战。

TECNALIA公司的项目经理和组长IñigoAgote博士说："太空应用一直在寻求轻量化，因为这与最终的有效载荷成本直接相关。节省质量成本是功能陶瓷碳化硅（SiC）在该领域备受追捧的原因之一。它可以被打磨得很光滑，具有独特的优点，即保持轻质、坚固，并具有适应太空中极端温度的热性能。然而，使用传统方法制造碳化硅既昂贵又困难，因为正是这些理想的高性能特性增大了加工难度。使用更传统的生产工艺，如冷成型和烧结，形状的复杂程度是有限的。如果几何形状复杂，零件需要最终加工，而像SiC这样的陶瓷加工是一个艰难而昂贵的过程。"

研究人员尝试采用增材制造技术，以提供一个接近净值的零件，以减少困难和昂贵的加工和抛光后处理步骤。粘合剂喷射3D打印被认为是唯一能够在高速度和高精度条件下创造独特的SiC设计的工艺。尽管其他增材制造技术中也具有成形高精度零件的能力，但是材料的不兼容性排除了它们。例如，对于光固化成型技术，深色的SiC粉末混入光敏树脂中不会紫外线固化；对于激光熔融技术，SiC材料的高熔点特性也决定了它难以采用SLM等技术加工。相比之下，粘结剂喷射确实是最合适的选择。

△粘合剂喷射技术的示意图

在选定粘结剂喷射技术后，TECNALIA团队开始工作，确定了适合的SiC粉末和最佳的加工步骤。Desktop Metal InnoventX机器可以灵活地定制参数设置，结合TECNALIA团队在工艺和材料方面的专业知识，为终端应用部件定制性能，从而取得了突破性进展，最终获得了符合质量要求的零件。终端零件在PIP和渗入硅进行致密化之前，可在3小时内在InnoventX上打印完成。