研究人员获得了国防部 450 万美元的资助，用于创新方法…… – 3D打印行业资讯网

来自宾夕法尼亚州立大学 (PSU)、密歇根州立大学 (MSU)、麻省理工学院 (MIT) 和南加州大学 (USC) 的研究人员宣布了一项为期五年的项目，旨在提高高性能陶瓷的生产。

该计划由美国国防部 (DoD) 通过海军研究办公室 (ONR) 拨款 450 万美元资助，旨在创建一种更节能、更精确的方法来生产对高超音速航空航天应用和国防至关重要的陶瓷。应用程序。该团队的目标是开发一种工艺，绕过使用高强度激光的传统体积加热，并允许 3D 打印能够承受极端温度的陶瓷。

该项目名为“陶瓷前体聚合物的光化学和光热增材制造”，由 PSU 材料科学与工程助理教授 Robert Hickey 和密歇根州立大学教授 Michael Hickner 领导。

其他参与者包括PSU化学教授Benjamin Lear，以及联合首席研究员Adri van Duin和John-Paul Maria、南加州大学的Priya Vashishta和Aiichiro Nakano，以及麻省理工学院的Alexander Radosevich。他们的研究重点是开发新的聚合物前体、使用光传导陶瓷以及使用计算机建模来改进材料设计。

“非常需要尝试减少转化或制造这些陶瓷所需的能量，并防止打印和加工后几何形状发生重大变化，”希基说。 “因此，我们真正要做的是寻找利用光将聚合物转化为陶瓷的方法，最终目标是 3D 打印高性能陶瓷。”

使用激光方法扩大陶瓷生产

该项目的目标是开发一种一步工艺，利用光将聚合物前体转化为陶瓷，从而无需大量加热。传统方法需要极高的温度，导致高达 50% 的材料损失，并且常常导致最终产品发生几何变形。

该团队打算使用高强度激光引发化学反应，快速致密化前体，从而获得更高精度的硬化陶瓷材料。这种方法可以实现更快、更准确的 3D 打印，消除基于热的方法的低效率。

研究的一个关键组成部分是实验和模拟之间的反馈循环。初步结果将作为计算模型的基础，预测新前体在光照下的行为。这些模型将指导进一步的实验，帮助开发针对高温应用优化的材料。

这项工作可能对国防产生重大影响，特别是在高超音速飞机的开发方面。这些车辆需要能够承受超高温的陶瓷，而 3D 打印复杂形状的能力扩展了设计可能性。该团队还致力于开发计算工具来预测陶瓷生产过程中的中间反应，从而改善整体制造过程。

van Duin 表示，该项目将探索碳化钨等高温陶瓷和碳化硅、氮化硅等硅基陶瓷的增材制造技术。这些材料以其在极端环境下的耐用性而闻名，对于航空航天和国防工业至关重要。

这种激光方法可以通过降低能耗和提高 3D 打印组件的精度来提高陶瓷生产。通过消除体积加热的需要，该工艺解决了陶瓷生产中的一个主要问题，为先进材料和国防应用的开发开辟了新的机遇。

深入研究其他高性能 3D 打印陶瓷

除了 PSU 倡议之外，其他组织也在改进 3D 打印陶瓷技术方面取得了进展。

在 Formnext 2023 上，D3-AM 推出了全新的微颗粒喷射 (MPJ) 3D 打印技术，旨在改进高性能陶瓷的增材制造。 MPJ 克服了传统喷墨打印系统的材料限制，能够精确、逐滴生产复杂的陶瓷部件，包括氧化铝和烧结碳化硅 (SSiC)。

首席产品官 Stefan Waldner 指出 MPJ 有潜力影响航空航天和能源等行业的制造业。该技术使得打印不同粒径的水基悬浮液变得更加容易，从而扩大了材料开发能力。

在其他地方，康奈尔大学、Dimensional Energy 和 Lithoz 获得了 50,000 美元的资助，用于开发用于 3D 打印清洁能源反应堆部件的新型陶瓷。该项目的目标是制造能够承受热催化反应器高温的陶瓷，提高可持续性并减少二氧化碳排放。₂ 转化率。

该团队计划利用计算机建模和 3D 打印来优化反应堆部件的设计。这笔资金由 FuzeHub 提供，支持 Dimensional Energy 增加美国清洁能源生产和提高供应链弹性的努力。

这些项目展示了高性能陶瓷在改善航空航天、能源和国防等领域的材料设计和制造工艺方面的潜力。

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图为宾夕法尼亚州立大学。照片来自英国石油公司。