近日，美國(guó)普渡大學(xué)應(yīng)用科技研究所（Purdue Applied Research Institute ，PARI）的研究人員正在開(kāi)發(fā)增材制造工藝方法，通過(guò)3D打印技術(shù)將深色陶瓷（dark ceramics）制成復(fù)雜形狀，用于高超音速飛行器的組件。深色陶瓷是一種能夠承受高超音速飛行極端條件的材料。研究的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)這些組件的大規(guī)模3D打印，以提高效率和性能。

普渡大學(xué)工程學(xué)院材料工程學(xué)院的教授，同時(shí)也是PARI高超音速先進(jìn)制造技術(shù)中心（HAMTC）陶瓷加工領(lǐng)域的負(fù)責(zé)人Rodney Trice正領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化這些材料以適應(yīng)增材制造工藝。

深色陶瓷是高超音速飛行器組件的理想材料，因?yàn)樗鼈冊(cè)跇O端大氣條件下不易開(kāi)裂或降解。為了制造陶瓷制成的高超音速組件，Trice團(tuán)隊(duì)使用HAMTC的3D打印機(jī)，采用一種稱為數(shù)字光處理（digital light processing，DLP）的技術(shù)。這些打印機(jī)配備了一個(gè)投影儀，將紫外線（UV）照射在由陶瓷粉末和樹(shù)脂組成的薄層漿料上。紫外線會(huì)固化或硬化該層，將粉末固定到位。

Trice表示，通過(guò)數(shù)字光處理技術(shù)，組件是逐層構(gòu)建的。這種方法可以制造出具有非常光滑表面和微米級(jí)精度的復(fù)雜設(shè)計(jì)和幾何形狀，通過(guò)這一工藝，已經(jīng)成功打印了多種形狀，例如用于構(gòu)建高超音速飛行器的尖錐和半球體。

3D打印深色陶瓷的挑戰(zhàn)在于其顏色與3D打印機(jī)投射的紫外光的相互作用。淺色陶瓷（如氧化鋁）會(huì)反射和散射光線，從而一次性硬化整個(gè)層。而深色陶瓷則傾向于吸收光線，從而抑制固化過(guò)程。由于深色粉末會(huì)吸收固化材料所需的紫外線，無(wú)法形成較厚的層，因此，得到的固化深度太薄，會(huì)影響每個(gè)零件的制造時(shí)間。

材料工程博士生Matthew Thompson和HAMTC陶瓷研究工程師Dylan Crump一直在與Trice合作，研究樹(shù)脂系統(tǒng)、表面處理和其他方法來(lái)增加固化深度。

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