武汉市科学本事局,聚合物树脂配方高速3D打字与

美国HRL实验室官网报道称,该实验室研究人员在3D打印技术领域取得重大突破。他们开发出一种新技术,使用3D打印方法制造出的超强陶瓷材料不仅可拥有复杂的形状,还能耐受超过1700摄氏度的高温,未来有望在航空航天和微机电领域大显身手。

美国HRL实验室官网报道称,该实验室研究人员在3D打印技术领域取得重大突破。他们开发出一种新技术,使用3D打印方法制造出的超强陶瓷材料不仅可拥有复杂的形状,还能耐受超过1700摄氏度的高温,未来有望在航空航天和微机电领域大显身手。 陶瓷拥有很多有用特性,如高强度、高硬度以及耐腐蚀、耐磨损等,但也有一个阿喀琉斯之踵无法轻易制成复杂形状。3D打印技术能使陶瓷拥有复杂的形状,但陶瓷极高的熔点又限制了这一方法的使用。目前几项陶瓷的3D打印技术不仅效率低下,且打印出来的产品往往有裂缝。不过现在,得益于精密的光固化快速成形工艺,HRL实验室研究人员3D打印出了致密而耐用耐高温且拥有多种形状的陶瓷部件。 在新研究中,化学工程师扎克埃克尔和化学家周朝音发明了一种由硅、氮和氧组成的树脂配方,在一台3D打印机内用一束紫外线照射这种树脂,会使其变硬。这种被称为陶瓷前体的树脂能被3D打印成各种形状和大小的零件,打印出来的材料过火后会转化为一种高强度、完全致密的陶瓷。 HRL实验室的材料学家托拜厄斯舍德勒表示,新方法的效率是以前3D陶瓷打印技术的100到1000倍,强度为同类材料的10倍。 研究人员认为,这种超强、耐高温的陶瓷有望用于制造喷气发动机和极超音速飞机上的大型零件、微机电系统内的复杂部件等诸多领域。 相关研究成果发表在1日出版的《科学》杂志上。

武汉市科学本事局,聚合物树脂配方高速3D打字与印刷陶瓷结构。由波音和通用汽车联合拥有的加州HRL实验室开发出一项新的增材制造技术,用聚合物树脂配方更快、更易制造复杂外形高强陶瓷组件。

位于加州Malibu的HRL实验室由波音和通用汽车合作拥有,专门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。在2016年的第一天,HRL宣布开发出一种新技术,使用这种技术3D打印的超强陶瓷材料能承受超过1400摄氏度的高温。该项研究已经发表在《科学》杂志上。

陶瓷拥有很多有用特性,如高强度、高硬度以及耐腐蚀、耐磨损等,但也有一个“阿喀琉斯之踵”——无法轻易制成复杂形状。3D打印技术能使陶瓷拥有复杂的形状,但陶瓷极高的熔点又限制了这一方法的使用。目前几项陶瓷的3D打印技术不仅效率低下,且打印出来的产品往往有裂缝。不过现在,得益于精密的光固化快速成形工艺,HRL实验室研究人员3D打印出了致密而耐用耐高温且拥有多种形状的陶瓷部件。

武汉市科学本事局,聚合物树脂配方高速3D打字与印刷陶瓷结构。HRL的高级化学工程师Zak Eckel发明的这种聚合物树脂配方,能够3D打印成具有复杂外形的生零件,然后在炉中烧制,树脂热解,零件均匀收缩成高密度陶瓷。

现在,这项研究获得了NASA空间技术研究资金的资助,新资金将支持HRL推动由耐温陶瓷制成的3D打印火箭发动机部件的开发。

在新研究中,化学工程师扎克·埃克尔和化学家周朝音发明了一种由硅、氮和氧组成的树脂配方,在一台3D打印机内用一束紫外线照射这种树脂,会使其变硬。这种被称为陶瓷前体的树脂能被3D打印成各种形状和大小的零件,打印出来的材料过火后会转化为一种高强度、完全致密的陶瓷。

HRL项目经理表示:"我们的新型3D打印工艺可以充分利用碳氧化硅陶瓷的许多优良性质,包括高硬度、强度和温度能力,以及耐磨和耐腐蚀性。"这样的蜂窝陶瓷材料能够作为高温应用中的轻质、承载三明治板的芯体,比如高超飞行器和喷气发动机。

HRL的高级科学家和项目经理Tobias Schaedler表示:“高温陶瓷通过传统制造方法很难实现复杂的形状,而3D打印可以完全改变陶瓷部件的外形,推动它们在火箭发动机上的应用。”

HRL实验室的材料学家托拜厄斯·舍德勒表示,新方法的效率是以前3D陶瓷打印技术的100到1000倍,强度为同类材料的10倍。

打印陶瓷前驱体单体

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研究人员认为,这种超强、耐高温的陶瓷有望用于制造喷气发动机和极超音速飞机上的大型零件、微机电系统内的复杂部件等诸多领域。

Eckel表示:"我们直接从陶瓷前驱体聚合物打印全致密零件。原来方法是立体平板印刷,用激光凝固、聚合一种特殊的紫外固化陶瓷前驱体树脂和一个紫外光引发剂,以成形复杂外形,但仍需数小时甚至数天。"

相关研究成果发表在2016年1月1日出版的《科学》杂志上。

HRL能够更快地大批生产零件。作为一项持续10年的旨在开发轻质、高强材料的DARPA合同的一部分,研究人员开发了一种方法,"使紫外光在前驱体树脂槽全程都集中直到底部",加速制造。

技巧在于使用紫外灯穿过平版印刷蒙版中的孔的同时凝固材料,与此同时,在受照轴内校准光线以全程硬化直到底部。在这个"自蔓延光聚物波导方法"中,光通过一个波导效应,基于对树脂柱的内部表面连续向下反射,而穿透它。这个工艺创造了特别轻质但高强的桁架结构。

"我们生产了一个超轻镍微栅格,是世界最轻的金属材料。"

多陶瓷配方

现在他们正在将这种增材制造技术应用高温陶瓷组件。两种紫外硬化工艺可以最终生产许多不同的陶瓷材料,但是最开始团队验证了一种碳氧化硅陶瓷,成形为一种复杂多孔的轻质结构,能够抵抗超过1700度的超高温,展现出10倍于类似蜂窝陶瓷材料的强度。

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