美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究小組已經(jīng)成功印刷了耐高溫，強(qiáng)化聚合物復(fù)合材料的零件。

    空軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)證明能夠通過(guò)在高溫聚合物復(fù)合材料中加入添加劑從而使其應(yīng)用在極端環(huán)境下。這種材料通過(guò)將碳纖維注入聚合物樹脂，然后通過(guò)選擇性激光燒結(jié)制成，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件以及未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)的前緣和后緣。（美國(guó)空軍照片/ Dr。 Hilmar Koerner）

    該團(tuán)隊(duì)與美國(guó)宇航局格倫研究中心（美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭）和路易斯維爾大學(xué)（美國(guó)肯塔基州路易斯維爾）的研究人員通過(guò)使用添加劑一起成功印刷了耐高溫、增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的零件。它由注入碳纖維長(zhǎng)絲的高溫?zé)峁绦詷渲M成，這種最先進(jìn)的材料為突破下一代和空軍制造需求的成本效益奠定了基礎(chǔ)。

    聚合物基復(fù)合材料和加工研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家Hilmar Koerner博士（他推動(dòng)了這個(gè)新的發(fā)現(xiàn)）說(shuō)：“這是復(fù)合材料添加劑制造領(lǐng)域的一個(gè)非常有影響力的突破。這些3D打印部件可承受高于300攝氏度的溫度，使其可應(yīng)用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的更換部件或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣周圍溫度較高的區(qū)域上。”

    通常，聚合物復(fù)合材料由嵌入基體中的纖維（如玻璃）組成，或由環(huán)氧樹脂或者其他材料制成的樹脂組成。嵌入式纖維強(qiáng)化了基體，并使得材料更堅(jiān)固。

    在稱為激光燒結(jié)的聚合物添加劑制造技術(shù)中，高溫激光穿過(guò)聚合物粉末床以形成計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)生成的形狀。伴隨著新的粉末和激光能量層形成的這個(gè)過(guò)程重復(fù)多次，直到3D部分完成。

    在對(duì)高溫聚合物樹脂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，Koerner和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)聚合物印刷效果很好，但是當(dāng)他們從粉末床上取下用于后處理的材料時(shí)，它們就是失去原有的用處，因?yàn)椴牧匣旧蠒?huì)“融化成水坑”。

    為了解決這個(gè)問(wèn)題并且更好地使分子在激光的熱量下纏繞并形成一個(gè)形狀，Koerner建議在樹脂材料中加入碳纖維填料來(lái)使激光能夠更好地傳遞到基體。加入碳纖維的聚合物比單獨(dú)的聚合物發(fā)生更快的熱傳導(dǎo)，因?yàn)樘祭w維會(huì)通過(guò)吸收激光能量而使激光更快的加熱材料。

    因此，研究人員成功地印刷了多種配置的高溫聚合物復(fù)合材料樣片，據(jù)他們所知，這是迄今為止是通過(guò)增材制造來(lái)制造的具有最高溫度的聚合物復(fù)合材料零件。

    AFRL的首席材料工程師Jeffery Baur博士說(shuō)：“即使使用傳統(tǒng)的制造技術(shù)，高溫材料的加工也非常困難且昂貴。而且由于它們通常用于特定的軍事應(yīng)用，因此這些類型材料的供應(yīng)商并不多。而這一突破將使我們能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式添加制造高溫復(fù)合材料零件。此外，高溫聚合物復(fù)合材料部件體積小，復(fù)雜，不僅對(duì)空軍具有極大的益處和優(yōu)勢(shì)，而且有望成為改變整個(gè)行業(yè)游戲規(guī)則的一個(gè)重要因素。”

    該團(tuán)隊(duì)成功地印制了大量的測(cè)試優(yōu)惠券和帶有新材料的支架，并計(jì)劃將展示他們具有打印更大型部件的能力作為其下一步的目標(biāo)。初步測(cè)試數(shù)據(jù)表明材料可承受高溫，但在空軍平臺(tái)上實(shí)施之前還需要對(duì)材料進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試和鑒定。

    盡管如此，這是增材制造方面的一項(xiàng)重大突破，而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，也為空軍帶來(lái)了節(jié)省成本的好處。

    Baur說(shuō)：“這對(duì)空軍來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)很好的增值能力。我們對(duì)這一突破感到非常興奮，并期待看到它對(duì)未來(lái)的影響力。”

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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