LITHOZ 陶瓷 3D 打印技術：航空航天應用的游戲規(guī)則改變者

當談到航空航天領域的 3D 打印時，金屬通常是常用的材料。然而，高性能的3D打印陶瓷同樣具有一系列出色的特性，使它們在極端環(huán)境下非的應用效果常高效，這使得陶瓷成為航空航天應用中3D打印零件的理想選擇。

在本文中，南極熊探討了陶瓷3D打印的巨大潛力，以及Lithoz 的LCM 技術如何改變3D 打印和航空航天領域的游戲規(guī)則。

陶瓷材料具有優(yōu)異的特性

目前，金屬的廣泛使用意味著陶瓷很少位于工程師購物清單的首位。然而，金屬在惡劣條件下會迅速達到其自然極限這一事實意味著陶瓷正變得越來越重要。

但是，是什么特性讓陶瓷材料能夠適合惡劣和極其苛刻的環(huán)境呢？

高性能陶瓷具有極高的硬度、耐磨性和耐熱性，并且能夠抵抗熱腐蝕和氧化。此外，用陶瓷3D打印的零件具有機械和尺寸穩(wěn)定性，在極高溫度下仍保持機械強度。陶瓷還具有電氣和熱絕緣效果，增加了其用于內(nèi)部機械組件的實用性。

通過將這些出色的特性與 3D 打印的設計靈活性相結合，可以將航空航天的應用探索推向一個的全新的維度。

3D 打印陶瓷應用于航空航天

眾所周知，增材制造可以生產(chǎn)比目前通過傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)的任何產(chǎn)品都更耐用、更復雜的部件。此外，在制造用于航天和航空應用的部件時，所選材料必須能夠承受最極端的熱條件，這一點至關重要。因此，陶瓷 3D 打印提供了生產(chǎn)高度復雜零件的完美組合，因此效率更高，能夠在惡劣和苛刻的環(huán)境中運行。

事實上，工程師們一直在尋找提高效率、減少消耗、限制浪費、改善冷卻和延長正常運行時間的方法。將 3D 打印的設計自由度與陶瓷的耐用性相結合，為此提供了理想的解決方案。

這種結合帶來的一個主要好處是減少空間碎片。由于其耐用性，陶瓷部件可用于即使是最堅硬的金屬也失效的地方。在航空航天領域，金屬的使用壽命比陶瓷短，并且在暴露于極端熱條件下時會更快失效。這些失敗的部分成為空間碎片。使用陶瓷可以減少空間碎片，因為受力部件在這些極端條件下磨損較少。

此外，陶瓷 3D 打印可以生產(chǎn)高精度和復雜的零件。在航天器中，從推進器和傳感器到具有錯綜復雜通道的復雜航空鑄件芯等零件都需要令人難以置信的高水平精度和準確度。

在航空領域，更嚴格的排放法規(guī)要求渦輪葉片中的冷卻通道越來越復雜，通過更精細的冷卻實現(xiàn)更高的效率。傳統(tǒng)的熔模鑄造方法無法生產(chǎn)出如此精細的結構。3D 打印陶瓷鑄芯可實現(xiàn)更好的設計自由度、更高的零件復雜性以及最終所需的改進冷卻效果。

△陶瓷材料非常適合極端環(huán)境，這個氮化硅部件的高耐熱震性就證明了這一點。照片來自 Lithoz。

Lithoz 和陶瓷 3D 打印

Lithoz 是工業(yè)陶瓷 3D 打印機的領先開發(fā)商，已經(jīng)成功挖掘了陶瓷 3D 打印在航空航天應用中的潛力。Lithoz 的CeraFab S65工業(yè)打印機采用基于光刻的陶瓷制造 (LCM) 技術，可提供超精確的 3D 打印，并在批量生產(chǎn)中具有精確的可重復性。

Lithoz 的 LCM 技術能夠3D 打印陶瓷鑄芯用于飛機渦輪葉片。如前所述，3D 打印陶瓷鑄芯對于生產(chǎn)復雜的渦輪葉片冷卻通道至關重要。Lithoz 的 3D 打印機生產(chǎn)這些部件的速度和體積大大縮短了開發(fā)時間，加快了上市時間。

△Lithoz LCM 技術能夠生產(chǎn)用于飛機渦輪葉片的高效陶瓷鑄芯，并且上市時間要快得多。照片來自 Lithoz。

LCM 3D 打印機非常適合制造復雜和精密的陶瓷零件，還提供多材料功能。這臺 3D 打印機可以將不同的陶瓷與金屬或聚合物結合起來，從而實現(xiàn)突破性的多功能部件，并將許多理想的材料特性組合在一個部件中。Lithoz 的新雙缸系統(tǒng)允許這些不同的材料逐層混合，甚至可以在同一打印作業(yè)中在同一層靈活分級。

例如，這個雙缸系統(tǒng)允許實現(xiàn)定制的孔隙率。Lithoz 的多材料 LCM 3D 打印機可以克服傳統(tǒng)制造技術在制造具有所需微觀結構和梯度結構的孔隙率梯度氧化鋁方面存在的主要問題。這是離子推進器研發(fā)應用的理想選擇。

Lithoz 的 LCM 工藝將所需的航空航天特性與 3D 打印設計無法實現(xiàn)的靈活性相結合。這導致生產(chǎn)出具有無可比擬的細節(jié)和精度的完全致密部件。

因此，可以 3D 打印出比金屬更堅固、使用壽命更長的部件，從而減少空間碎片和停機時間。更重要的是，這些陶瓷部件還可以納入以前使用傳統(tǒng)生產(chǎn)方法時無法想象的復雜設計。

Lithoz 還將他們的技術擴大到工業(yè)批量生產(chǎn)的水平。因此，除了 LCM 提供的技術和材料優(yōu)勢外，還可以將生產(chǎn)提高到批量 3D 打印高質量零件的系列水平。

陶瓷 RF 濾波器是 LCM 陶瓷 3D 打印如何改變航空航天應用效率水平的一個完美示例。這種過濾器是電子電路，在提高信號質量和減少通信系統(tǒng)的干擾方面起著關鍵作用。采用LCM技術的陶瓷3D打印可以將這些過濾器必要的復雜和精確的形狀以小型化的形式系統(tǒng)地生產(chǎn)出來。整個應用的這種縮減使得重量大大減輕，這是航空航天工程師的首要目標。

△通過將陶瓷的理想材料特性與 3D 打印的設計自由度相結合，可以為通信應用制造更復雜和有效的射頻濾波器，如圖所示。照片來自 Lithoz

使用具有高介電常數(shù)和低損耗因數(shù)的陶瓷的一個主要好處是介電常數(shù)越高（在穩(wěn)定的損耗因數(shù)下），濾波器可以設計得越小。因此，這些陶瓷非常適合 LCM 技術，可提供無與倫比的精度，并針對 3D 打印微型零件進行了優(yōu)化。

氮化硅氣釘噴嘴也可以使用 Lithoz LCM 技術進行 3D 打印，Lithoz 的LithaNit 材料非常適合此類應用。由于其高強度、耐堿和耐酸，尤其是其卓越的抗熱震性，這些深色陶瓷非常適合用于航空航天部件。氮化硅是 3D 打印絕緣體、彈簧和渦輪機葉輪的理想選擇。