NASA支持HRL實驗室3D打印火箭發(fā)動機陶瓷零件的研究

位于加利福尼亞州Malibu的HRL 實驗室，是由波音公司和通用汽車公司所合作擁有的專業(yè)從事研究傳感器和材料、 信息和系統(tǒng)科學(xué)、 應(yīng)用電磁學(xué)和微電子的研究和發(fā)展實驗室。在2016年，南極熊報道過，HRL開發(fā)的3D打印的超強陶瓷材料能夠承受超過1400攝氏度高溫的新技術(shù)。該技術(shù)在《科學(xué)》雜志發(fā)布，意味著全球性的前沿技術(shù)地位。如今，這項研究已經(jīng)獲得NASA空間技術(shù)研究資金的支持，NASA的資金將使HRL推動由耐溫陶瓷制成的3D打印火箭發(fā)動機部件的發(fā)展。

HRL的高級科學(xué)家和項目經(jīng)理Tobias Schaedler表示：“高溫陶瓷通過傳統(tǒng)制造方法很難實現(xiàn)復(fù)雜形狀，而3D打印可以完全改變陶瓷部件的外觀，并推進(jìn)它們在火箭發(fā)動機上的應(yīng)用?！?/div>

HRL 通過紫外線光固化快速成形陶瓷的preceramic monomers—”先驅(qū)體轉(zhuǎn)化聚合物”，通過這些聚合物制造的陶瓷均勻收縮，幾乎沒有孔隙度。并且可以形成迷你網(wǎng)格和蜂窩狀材料，不但形狀復(fù)雜，并且還表現(xiàn)高的強度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進(jìn)零部件、 熱防護系統(tǒng)、 多孔燃燒器、 微機電系統(tǒng)和電子設(shè)備獲得應(yīng)用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發(fā)動機中，這種陶瓷可以幫助設(shè)計者制造能抵御起飛過程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件。

憑借NASA的資助，HRL實驗室將繼續(xù)開發(fā)3D打印陶瓷的應(yīng)用，從而以更輕松的制造方式為航空航天工業(yè)提供更高靈活性的高性能零件，同時降低生產(chǎn)成本和整體交貨時間。

為了加強與NASA的合作，HRL將與NASA位于Tucson的微型衛(wèi)星發(fā)射分包商Vector緊密聯(lián)系。后者將通過探索適用于陶瓷3D打印的新型火箭發(fā)動機來引導(dǎo)HRL的產(chǎn)品開發(fā)工作，并將提供“3D打印零件性能改進(jìn)評估報告”作為合作進(jìn)展的記錄。

NASA的這筆資金將使HRL實驗室進(jìn)行兩年的研究工作，之后據(jù)了解，這些3D打印的陶瓷零件將在亞利桑那州Vector的設(shè)備發(fā)射中心進(jìn)行地面測試。高溫陶瓷是熔融溫度在氧化硅熔點(1728℃)以上的陶瓷材料的總稱，其耐高溫，高強度，高硬度，良好的電性能、熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性使得高溫陶瓷在宇航、原子能、電子技術(shù)、機械、化工、冶金等方面有著廣泛的應(yīng)用。

由于高溫陶瓷的熔點極高，這使得通過3D打印制造陶瓷產(chǎn)品挑戰(zhàn)性更高。然而，又因為陶瓷不能通過鑄造或容易被機加工，這使得3D打印在陶瓷的加工方面具有飛躍性的幾何靈活性。獲得3D打印陶瓷-尤其是高溫陶瓷突破的應(yīng)用意味著其伴隨著的應(yīng)用空間亦被打開。”

HRL發(fā)明了的這種可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方，這種樹脂在3D打印后經(jīng)過過火可以生成致密的陶瓷部件。這是一個驚人的突破，因為它使能夠產(chǎn)生任意多邊形陶瓷部件，強大且無溫度彈性，陶瓷表面無任何加工，不需鑄造或嵌塞。

該技術(shù)的突破意義在于，之前3D 打印陶瓷的典型技術(shù)一方面不能產(chǎn)生特別復(fù)雜的零件，像版畫一樣往往易產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。，另一方面大多數(shù)陶瓷 3D 打印機也僅限于”氧化物陶瓷材料”低熔點陶瓷打印。HRL 使用的精密光固化快速成形過程，可以 3D 打印致密和耐用陶瓷部件。

應(yīng)用在10倍的音速飛馳的超音速飛行器上，由于空氣的摩擦，任何交通工具表面都會變得非常熾熱，如果想要制造高超聲速飛行器就需要用高溫陶瓷制造整個外殼。

HRL 目前可 3D 打印兩類陶瓷。一類是大、 非常輕量級的晶格結(jié)構(gòu)，可以用于飛機和航天器的耐熱板及其他外部部件。一類是小但復(fù)雜零件用于噴氣發(fā)動機和火箭的機電系統(tǒng)或組件。

來源：3D科學(xué)谷

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