相比于其他材料,3D打印陶瓷依然是一種比較稀有的材料。因為它本身具有一定局限性,一般需要通過燒結(jié)粉末材料來打印,會出現(xiàn)多孔滲透的情況,相對較弱的終端產(chǎn)品耐熱性也比較低。這大大限制了可打印物體的大小和形狀;迄今為止,3D打印的陶瓷器數(shù)量有限,而且體積都不大,基本上都是一些裝飾物品或餐具。
不過,得益于波音和通用汽車控股的HRL實驗室的資深化學(xué)工程師Zak Eckel和資深化學(xué)師Chaoyin Zhou博士開發(fā)了一款陶瓷樹脂,可以通過立體平版印刷打印。實際上,該公司稱之為“預(yù)陶瓷”樹脂,其打印效果像是個普通的塑料樹脂,然后再高溫窯燒,變成一個高密度陶瓷。最終成品要比其他3D打印的陶瓷硬度強(qiáng)十倍,而且?guī)缀鯖]有氣孔,同時能夠承受超過 1700°C的高溫。
“我們?nèi)碌?D打印流程,充分利用了很多碳氧化硅陶瓷的優(yōu)良性能,比如高硬度,高強(qiáng)度,耐高溫,以及抗磨損和抗腐蝕,等等?!表椖拷?jīng)理Tobias Schaedler博士說道。
在新材料首次測試之前,碳化硅陶瓷還從來沒有用3D打印的方式實現(xiàn)。HRL公司相信,通過改變樹脂結(jié)構(gòu),這種材料能夠改變制造多種類型的陶瓷。新樹脂材料對一些行業(yè)將產(chǎn)生顯著影響,應(yīng)用范圍也十分廣泛,比如航空航天,電子行業(yè),等等。
Tobias Schaedler博士
傳統(tǒng)陶瓷已經(jīng)在航空航天制造領(lǐng)域使用了很長時間了,他們是非常理想的材料------重量輕,強(qiáng)度高,耐熱性好。而這款新式的3D打印陶瓷將用于噴氣式飛機(jī)引擎,甚至是整個噴氣式飛機(jī)的機(jī)身。這將有助于超音速飛機(jī)的制造(如果用超音速飛機(jī)的話,未來從美國飛到日本可能只需要短短幾個小時就可以了)。
“如果飛機(jī)飛得太快,比如在大氣層里以十倍音速飛行,那么由于空氣摩擦,任何飛機(jī)機(jī)身都會變熱,”Schaedler博士說道,“如果人們想要制造超音速飛機(jī),那么就需要使用陶瓷來制造整體外殼?!?
該材料也可以通過自動傳輸高分子光敏聚合物波導(dǎo)原型制造,這款原型設(shè)備同樣由HRL公司在2011年開發(fā)出的,是世界上最輕的結(jié)構(gòu)材料。整個流程可以說速度非???,制造零部件也就是幾秒或幾分鐘時間。不過,3D打印卻能支持更加靈活的幾何設(shè)計,這也是目前為止其他陶瓷制造工藝所無法比擬的。傳統(tǒng)陶瓷制造也有一些優(yōu)勢,包括強(qiáng)度,耐熱性,等等,但是那些技術(shù)依然難以加工或鑄造,而且在大小和形狀上受到限制。就像我們見過的其他材料(比如金屬),3D打印陶瓷可以制造出任何形狀和尺寸的產(chǎn)品,這就是為什么它們在航空領(lǐng)域里有如此大潛力的原因。
除了制造大型噴氣式飛機(jī)引擎,HRL預(yù)計,陶瓷樹脂也可以用于一些微型復(fù)雜應(yīng)用,比如微電子機(jī)械系統(tǒng)和電子器件封裝等。
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