普渡應(yīng)用研究所（PARI）的研究人員正在開發(fā)工藝，利用3D打印技術(shù)將耐高溫陶瓷材料制成復(fù)雜形狀，用于高超音速飛行器部件。這些材料能夠在高超音速飛行的嚴(yán)酷條件下保持穩(wěn)定，目標(biāo)是以大規(guī)模生產(chǎn)的方式提高效率和性能。

材料工程學(xué)院的Rodney Trice教授以及PARI高超音速先進(jìn)制造技術(shù)中心（HAMTC）陶瓷加工負(fù)責(zé)人正在領(lǐng)導(dǎo)這項工作，以增強(qiáng)這些材料用于增材制造的能力。

“深色陶瓷是高超音速飛行器部件的理想材料，因為它們在極端大氣條件下更不容易開裂或退化。為了制造高超音速陶瓷部件，Trice和他的團(tuán)隊使用位于HAMTC的數(shù)字光處理（DLP）3D打印機(jī)。

“這使你能夠生產(chǎn)出具有非常光滑表面和微米級精度的復(fù)雜設(shè)計和幾何形狀，”Trace說?！巴ㄟ^這一過程，我們成功地打印出了多種形狀，如尖錐和半球體，這些形狀用于建造高超音速飛行器?！?/p>

3D打印深色陶瓷的挑戰(zhàn)在于它們的顏色如何與3D打印機(jī)投射的紫外線相互作用。像氧化鋁這樣的淺色陶瓷會反射和散射光線，從而一次性固化整個層。而深色陶瓷則傾向于吸收光線，因此會阻礙固化過程。

“由于深色粉末吸收了固化材料所需的紫外線，我們無法形成較厚的層，”Trice說?！耙虼耍覀兊玫降墓袒疃忍?，這反過來又對構(gòu)建每個部件所需的時間產(chǎn)生了負(fù)面影響。”

材料工程博士候選人、國家國防科學(xué)與工程研究生獎學(xué)金獲得者M(jìn)atthew Thompson和HAMTC的陶瓷研究工程師Dylan Crump一直在與Trice合作，研究樹脂體系、表面處理和其他方法，以增加固化深度。

“我們基本上一直作為這些材料的研發(fā)試驗臺，”Thompson說?！拔覀円恢痹谡{(diào)整性能并進(jìn)行表面改性，以提高它們的性能并增強(qiáng)打印過程?！?/p>

Trice、Thompson和Crump也在努力消除后處理階段可能出現(xiàn)的問題，隨著打印部件尺寸的增加，這一階段變得更加具有挑戰(zhàn)性。對于較大的部件，分層或開裂等問題的風(fēng)險更高。他們希望確保這些風(fēng)險不會在部件從小型打印機(jī)轉(zhuǎn)移到大型打印機(jī)時危及部件。

“我們試圖找到解決方案，看看我們?nèi)绾文軌蚪⒁粋€生產(chǎn)這些部件的流程，或者找到實際利益相關(guān)者可以使用的策略，”Thompson說?！耙虼?，這為人們提供了一個起點，以節(jié)省任何新系統(tǒng)研發(fā)的時間?！?/p>

這一努力是國防部制造科學(xué)與技術(shù)計劃資助的五個項目之一，與海軍水面作戰(zhàn)中心、Crane分部以及國家安全技術(shù)加速器的戰(zhàn)略和頻譜任務(wù)先進(jìn)彈性可信系統(tǒng)合作。