由波音和通用汽車聯(lián)合擁有的加州HRL實驗室開發(fā)出一項新的增材制造技術(shù),用聚合物樹脂配方更快、更易制造復(fù)雜外形高強陶瓷組件。
HRL實驗室(波音和通用汽車建立的合資公司)的高級化學(xué)工程師ZakEckel發(fā)明的這種聚合物樹脂配方,能夠3D打印成具有復(fù)雜外形的生零件,然后在爐中燒制,樹脂熱解,零件均勻收縮成高密度陶瓷。
HRL項目經(jīng)理表示:"我們的新型3D打印工藝可以充分利用碳氧化硅陶瓷的許多優(yōu)良性質(zhì),包括高硬度、強度和溫度能力,以及耐磨和耐腐蝕性。"這樣的蜂窩陶瓷材料能夠作為高溫應(yīng)用中的輕質(zhì)、承載三明治板的芯體,比如高超飛行器和噴氣發(fā)動機。
打印陶瓷前驅(qū)體單體Eckel表示:"我們直接從陶瓷前驅(qū)體聚合物打印全致密零件。原來方法是立體平板印刷,用激光凝固、聚合一種特殊的紫外固化陶瓷前驅(qū)體樹脂和一個紫外光引發(fā)劑,以成形復(fù)雜外形,但仍需數(shù)小時甚至數(shù)天。"
HRL能夠更快地大批生產(chǎn)零件。作為一項持續(xù)10年的旨在開發(fā)輕質(zhì)、高強材料的DARPA合同的一部分,研究人員開發(fā)了一種方法,"使紫外光在前驅(qū)體樹脂槽全程都集中直到底部",加速制造。
技巧在于使用紫外燈穿過平版印刷蒙版中的孔的同時凝固材料,與此同時,在受照軸內(nèi)校準(zhǔn)光線以全程硬化直到底部。在這個"自蔓延光聚物波導(dǎo)方法"中,光通過一個波導(dǎo)效應(yīng),基于對樹脂柱的內(nèi)部表面連續(xù)向下反射,而穿透它。這個工藝創(chuàng)造了特別輕質(zhì)但高強的桁架結(jié)構(gòu)。"我們生產(chǎn)了一個超輕鎳微柵格,是世界最輕的金屬材料。"
多陶瓷配方現(xiàn)在他們正在將這種增材制造技術(shù)應(yīng)用高溫陶瓷組件。兩種紫外硬化工藝可以最終生產(chǎn)許多不同的陶瓷材料,但是最開始團隊驗證了一種碳氧化硅陶瓷,成形為一種復(fù)雜多孔的輕質(zhì)結(jié)構(gòu),能夠抵抗超過1700°C(3092°F)的超高溫,展現(xiàn)出10倍于類似蜂窩陶瓷材料的強度。