TECNALIA采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)成形SiC陶瓷零件，可適應(yīng)太空極端環(huán)境

2022年6月16日，南極熊獲悉，TECNALIA采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)制造出衛(wèi)星光學(xué)支架上的碳化硅陶瓷零件，近凈成形技術(shù)的選用減少了后處理時(shí)間，保證了成形零件質(zhì)量，為陶瓷材料在太空極端環(huán)境下的尖端應(yīng)用開辟了一條新的道路。

△碳化硅陶瓷零件

TECNALIA是一個(gè)基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展中心，專注于將知識(shí)轉(zhuǎn)化為公司的商業(yè)機(jī)會(huì)和社會(huì)的GDP增長。該公司的工業(yè)和移動(dòng)性（I&M）部門從事工業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)和報(bào)廢，致力于開發(fā)極端條件下的應(yīng)用材料也是它們的常見業(yè)務(wù)。

SENER Aeroespacial是一家為太空、國防和科學(xué)提供高性能航空航天系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商，半個(gè)多世紀(jì)以來，通過技術(shù)發(fā)展增加價(jià)值。該公司與歐洲航天局（ESA）等客戶合作，在光學(xué)力學(xué)、大型移動(dòng)結(jié)構(gòu)以及儀器和基礎(chǔ)設(shè)施控制方面開展了多學(xué)科項(xiàng)目。

X系列粘結(jié)噴射技術(shù)的材料靈活性允許TECNALIA公司能夠使用其InnoventX系統(tǒng)來打印不同系列的粉末材料。例如，該團(tuán)隊(duì)利用其專業(yè)知識(shí)來改進(jìn)硬質(zhì)合金和工具鋼，以推動(dòng)切削工具行業(yè)的性能優(yōu)化，并加工尖端應(yīng)用所需的功能陶瓷材料，如碳化硅和氧化鋁。

△SiC陶瓷粉末。照片來源：Erik Børseth，Synlig.no

TECNALIA團(tuán)隊(duì)在耐極端溫度、耐磨損和耐腐蝕環(huán)境的材料方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)SENER Aeroespacial和歐洲航天局（ESA）想要研究衛(wèi)星光學(xué)支架的新制造途徑時(shí)，他們成為了天然的合作伙伴。太空旅行的惡劣條件要求部件具有高度的尺寸穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)（CTE）、良好的表面質(zhì)量和機(jī)械性能，以保證與其相鄰系統(tǒng)兼容。因此，陶瓷因其熱機(jī)械穩(wěn)定性、高溫性能、硬度和重量輕而成為太空應(yīng)用的理想選擇，TECNALIA公司帶來了所需的材料和工藝技術(shù)，以應(yīng)對挑戰(zhàn)。

TECNALIA公司的項(xiàng)目經(jīng)理和組長IñigoAgote博士說："太空應(yīng)用一直在尋求輕量化，因?yàn)檫@與最終的有效載荷成本直接相關(guān)。節(jié)省質(zhì)量成本是功能陶瓷碳化硅（SiC）在該領(lǐng)域備受追捧的原因之一。它可以被打磨得很光滑，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即保持輕質(zhì)、堅(jiān)固，并具有適應(yīng)太空中極端溫度的熱性能。然而，使用傳統(tǒng)方法制造碳化硅既昂貴又困難，因?yàn)檎沁@些理想的高性能特性增大了加工難度。使用更傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，如冷成型和燒結(jié)，形狀的復(fù)雜程度是有限的。如果幾何形狀復(fù)雜，零件需要最終加工，而像SiC這樣的陶瓷加工是一個(gè)艱難而昂貴的過程。"

研究人員嘗試采用增材制造技術(shù)，以提供一個(gè)接近凈值的零件，以減少困難和昂貴的加工和拋光后處理步驟。粘合劑噴射3D打印被認(rèn)為是唯一能夠在高速度和高精度條件下創(chuàng)造獨(dú)特的SiC設(shè)計(jì)的工藝。盡管其他增材制造技術(shù)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們。例如，對于光固化成型技術(shù)，深色的SiC粉末混入光敏樹脂中不會(huì)紫外線固化；對于激光熔融技術(shù)，SiC材料的高熔點(diǎn)特性也決定了它難以采用SLM等技術(shù)加工。相比之下，粘結(jié)劑噴射確實(shí)是最合適的選擇。

△粘合劑噴射技術(shù)的示意圖

在選定粘結(jié)劑噴射技術(shù)后，TECNALIA團(tuán)隊(duì)開始工作，確定了適合的SiC粉末和最佳的加工步驟。Desktop Metal InnoventX機(jī)器可以靈活地定制參數(shù)設(shè)置，結(jié)合TECNALIA團(tuán)隊(duì)在工藝和材料方面的專業(yè)知識(shí)，為終端應(yīng)用部件定制性能，從而取得了突破性進(jìn)展，最終獲得了符合質(zhì)量要求的零件。終端零件在PIP和滲入硅進(jìn)行致密化之前，可在3小時(shí)內(nèi)在InnoventX上打印完成。