HRL开发出可耐1400℃高温超强3D打印陶瓷

3D打印陶瓷正在快速兴起。最近，正在进行相关研究的HRL实验室就开发出了一种新技术，能够3D打印出可承受1400℃高温的超强陶瓷制品。HRL认为这种技术有望很快在航天工业中得到应用。

实际上，3D打印陶瓷产业起步已经有一段时间了：Vormvrij 3D和Deltabots公司都已经开发出了自己的陶瓷3D打印机并成功打印出了成品。但是，这些设备大多使用的都是FDM工艺，而此次HRL采用的技术则是更为精确的光固化快速成形技术，所以制造出的成品在精细度、强度和耐高温能力方面也就更胜一筹。

“我们开发出了一种预陶瓷树脂，在烧制后可以转化为陶瓷。”HRL的资深科学家Tobias Schaedler表示：“尽管当中会出现一些收缩，不过因为它们是均匀的，所以最终的结果是可预测的。”

通过开发这种可3D打印的“陶瓷树脂”，HRL似乎找到了一种能够避免当前陶瓷3D打印常见问题的方法 — 目前的常规3D打印方法制造出的陶瓷对象往往会出现裂缝和破损，所以无法制造结构复杂的零件。另外，目前的大部分陶瓷3D打印机可使用的材料也只有低熔点的“氧化物陶瓷”而已。

HRL工程师Zak Eckel解释说：“此次我们开发的这种能兼容光固化3D打印技术的树脂是一个惊人的突破，因为利用它，我们可以制造出任意形状的陶瓷产品。它们不但致密、强度高，而且非常耐高温。由此，我们就能充分利用3D打印的好处，使用高应用性的工程材料创建出复杂的部件。”

据中国3D打印专业媒体平台南极熊了解，HRL的这种陶瓷3D打印机售价是3000美元，而打印出的成品一点都不像陶瓷，反而更像是塑料，你可以从图片中看出。这种所使用的陶瓷树脂材料含有形成坚硬陶瓷所需的所有分子。在打印过程中，树脂层会经过紫外光的精确灼刻，然后将单体熔融成聚合物。随后，这种塑料状的打印件会被放在一个温度达到1000℃、充斥着氩气的烤箱中。再那里，多余的化学基团被移除，而高强度的陶瓷结构则会留下。用电子显微镜对最终产品进行分析后，研究者在表面没有检测到孔隙和裂纹，而进一步测试后，他们发现这种陶瓷制品在1400℃的高温下也不会开裂和收缩。

目前，HRL已经制造出了可能是全球第一个的3D打印碳化硅陶瓷品。另外，他们不仅认为通过对陶瓷树脂成份进行适当调整可以打印出更多种类的陶瓷，而且认为这种致密、抗高温的陶瓷是一种适用于许多高温应用的理想材料。比如在开发高超音速飞行器和喷气发动机中，工程师可以用这种技术和材料制造能够经受住起飞中超高温的专用小型部件。

“任何大气中以10倍的音速运动的飞行器都会因为空气摩擦变得非常热，”Schaedler表示：“所以它们的外壳必须使用陶瓷制造。”

现在借助于新技术，HRL已经3D打印出了两种实用的陶瓷品：一种是体积大却非常轻的晶格结构，可以用于制造飞机与航天器的耐热板和其他外部部件；另外一种小型复杂的部件，可用于制造机电系统、喷气发动机或火箭的部件。

Schaedler表示，他们已经得到了美国国防部先进研究项目局（DARPA）的资助。“HRL的这种方法可以帮助我们将多种优异的材料特性（比如高强度、低密度和低质量）集中到一起，然后将具有这种特性的材料打造成复杂的形状。”DARPA国防科学办公室主任Stefanie Tompkins说。

一旦HRL完成进一步的测试，那些正在寻求小型耐高温部件的火箭和卫星设计者就很可能开始尝试他们的技术。

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via 3ders