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为什么3D打印可能是赢得超音速军备竞赛的关键?

文章来源:网络人气:193发表时间:2018-04-13 10:01:01

  如碳氧化硅(SiOC)之类的陶瓷材料可承受难以置信的温度。如果通过3D打印技术成型为复杂的几何形状,那其用途就更加特殊了。陶瓷材料的3D打印,可能是开发未来超音速飞机等的关键。

  位于加利福尼亚州Malibu的HRL实验室,是由波音公司和通用汽车公司所合作拥有的专业从事研究传感器和材料、信息和系统科学、应用电磁学和微电子的研究和发展实验室。早在2016年,HRL就公布了其开发出一种新技术,使用这种技术3D打印的超强陶瓷材料能够承受超过1400摄氏度高温,该技术处于全球性的前沿技术地位。

  HRL实验室的研究在NASA空间技术研究资金的支持下获得了不断的进展,NASA的资金推动了HRL在耐温陶瓷制成的3D打印火箭发动机部件领域的发展。

为什么3D打印可能是赢得超音速军备竞赛的关键?

  3D科学谷之前介绍过HRL通过紫外线光固化快速成形陶瓷的preceramicmonomers—”先驱体转化聚合物”,通过这些聚合物制造的陶瓷均匀收缩,几乎没有孔隙度。并且可以形成迷你网格和蜂窝状材料,不但形状复杂,并且还表现高的强度,这种密度泡沫陶瓷可以在推进零部件、热防护系统、多孔燃烧器、微机电系统和电子设备获得应用。如使用在高超声速飞行器和喷气发动机中,这种陶瓷可以帮助设计者制造能抵御起飞过程中所排出的废气引起的加热和高温度的小零件。

  高温陶瓷是熔融温度在氧化硅熔点(1728℃)以上的陶瓷材料的总称,其耐高温,高强度,高硬度,良好的电性能、热性能和化学稳定性使得高温陶瓷在宇航、原子能、电子技术、机械、化工、冶金等方面有着广泛的应用。

  由于高温陶瓷的熔点极高,这使得通过3D打印制造陶瓷产品挑战性更高。然而,又因为陶瓷不能通过铸造或容易被机加工,这使得3D打印在陶瓷的加工方面具有飞跃性的几何灵活性。获得3D打印陶瓷-尤其是高温陶瓷突破的应用意味着其伴随着的应用空间亦被打开。

  HRL目前可3D打印两类陶瓷。一类是大、非常轻量级的点阵晶格结构,可以用于飞机和航天器的耐热板及其他外部部件。一类是小但复杂零件用于喷气发动机和火箭的机电系统或组件。

  根据空军研究实验室最近发布的一份声明,航空航天系统局科学家正在寻找新的热电偶辐射防护罩,HRL生产的材料对满足这方面要求严格的空军应用的潜力变得明显。

  空军研究实验室与HRL的合作是对双方有利的,HRL作为空军研究实验室的供应商为他们开发满足要求的材料,空军研究实验室能够向HRL提供测试结果并提供对双方都有价值的反馈。空军研究实验室进行的极端温度测试揭示了HRL新材料的局限性,从而HRL实验室可以更加有针对性的改进材料。

  来自实验室测试的数据产生了有价值的信息,用于开发和生产下一代增材制造技术生产的陶瓷。如果空军和HRL实验室的合作能够带来回报,那么他们就有可能通过开发超音速飞行器。应用在10倍的音速飞驰的超音速飞行器上,由于空气的摩擦,任何交通工具表面都会变得非常炽热,如果想要制造高超声速飞行器就需要用高温陶瓷制造整个外壳。目前,没有任何材料可以承受超音速飞行过程中产生的极端热量和压力,而3D打印陶瓷可能就是解决这个问题的方法。

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