211service.com
Odporne na ciepło części ceramiczne można teraz drukować w 3D
Obietnica wytwarzania addytywnego lub drukowania 3D — szybszego i tańszego wytwarzania bardziej konfigurowalnych części — jest ograniczona paletą materiałów drukowalnych, która do tej pory obejmowała głównie polimery i niektóre metale. Teraz możemy dodać ceramikę, ważną klasę materiałów, których wysoka wytrzymałość i odporność na ciepło, degradację chemiczną i tarcie czyni je atrakcyjnymi do stosowania w przemyśle wojskowym i lotniczym do wszystkiego, od zewnętrznych części samolotów po małe komponenty do rakiet.
Wirnik ceramiczny o milimetrowej skali, obrotowy element mechaniczny używany do przenoszenia ruchu płynu w pompach i turbinach.
Dzięki sztuczce z materiałoznawstwa zademonstrowane przez badaczy z Laboratoria HRL , inżynierowie mogą teraz wykorzystywać produkcję addytywną do szybkiego tworzenia dostosowanych, skomplikowanych części ceramicznych, które jednocześnie wykorzystują wszystkie te atrakcyjne właściwości.
Przekształcenie ceramiki w trwałe części, zwłaszcza o skomplikowanych kształtach, jest wyzwaniem. Materiały nie są kompatybilne z konwencjonalnymi technikami produkcyjnymi, takimi jak obróbka skrawaniem i odlewanie, a typowa metoda wymaga użycia ciepła do utrwalenia proszku i utworzenia stałych form. Takie podejście, które można również zastosować w produkcji addytywnej, nie jest jednak zbyt niezawodne i często wprowadza wady, które mogą prowadzić do pęknięć i pęknięć.
Ceramiczny korkociąg o długości nieco ponad 20 mikrometrów ilustruje wysoką rozdzielczość możliwą do uzyskania dzięki stereolitograficznemu drukowaniu 3D.
Naukowcy z HRL Labs obeszli ten problem, opracowując nową żywicę drukowalną wykonaną z tak zwanych polimerów przedceramicznych, które można przekształcić w ceramikę poprzez podgrzanie ich w wysokich temperaturach. Wykazali, że nowa żywica jest kompatybilna z popularną techniką wytwarzania przyrostowego zwaną stereolitografią, w której wiązka lasera jest wykorzystywana do budowania struktur warstwa po warstwie z ciekłego polimeru. Naukowcy wykazali również, że działa on ze specjalistyczną techniką, która wykorzystuje światło ultrafioletowe i wzorzyste maski do budowania złożonych struktur trójwymiarowych, takich jak siatki, od 100 do 1000 razy szybciej niż konwencjonalna stereolitografia. Po wydrukowaniu naukowcy podgrzali części, aby zamienić je w ceramikę i wykazali ich imponujące właściwości mechaniczne.
Zakrzywiona siatka ceramiczna ilustruje zdolność do wytwarzania skomplikowanych struktur o niekonwencjonalnych kształtach.
Dwie klasy użytecznych części ceramicznych — duże, bardzo lekkie konstrukcje kratowe, które można stosować w żaroodpornych panelach i innych częściach zewnętrznych samolotów i statków kosmicznych, oraz małe, skomplikowane części do stosowania w układach elektromechanicznych lub w podzespołach silników odrzutowych i rakiet — są teraz możliwe do wydrukowania dzięki nowemu podejściu, mówi starszy naukowiec z HRL Labs, Tobias Schaedler, który kierował badaniami.
Wydrukowana w 3D krawędź natarcia lub część skrzydła samolotu lub statku kosmicznego, która jako pierwsza styka się z powietrzem. Powierzchnie części przylegają do struktury kratowej.
Schaedler mówi, że grupa ma teraz fundusze z DARPA, która również wsparła te badania, aby wykorzystać nową technikę do opracowania ceramicznej powłoki aero, zasadniczo osłony, która chroni statek kosmiczny lub samolot naddźwiękowy przed wysoką temperaturą, ciśnieniem i szczątkami. Pianki ceramiczne są atrakcyjne do tego zastosowania ze względu na ich właściwości termiczne, ale ich słabe właściwości mechaniczne sprawiają, że w dużej mierze nie nadają się do stosowania w konstrukcjach nośnych, mówi Stefanie Tompkins, dyrektor Biura Nauk Obronnych DARPA. Ceramiczne struktury kratowe stworzone przez HRL Labs są 10 razy mocniejsze niż pianki dostępne na rynku.