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加州HRL开发新技术:用聚合物树脂制高强陶瓷
发表时间:〖2016-3-1〗    浏览次数:〖529
    陶瓷在现代建筑中的必备品,墙壁、地板、卫生间都可以看到它的踪影,可陶瓷存在一个弊端——易碎,为了解决这个问题,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。

  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。

  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。

  打印陶瓷前驱体单体

  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。"

  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°C (3092°F)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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