211service.com
Ny 3D-utskriftsteknik gör keramiska delar
Ett nytt sätt att tillverka dessa tuffa material kan vara ett nyckelsteg för att producera bättre flygplansmotorer och långvariga maskindelar. 19 april 2016
Keramik är några av de hårdaste materialen på jorden. De tål extrema temperaturer, och vissa är ogenomträngliga för friktion, repor och andra mekaniska påfrestningar som sliter ut metall och plast. Men det kan vara svårt att göra komplexa former av materialen.
Kemiingenjör Zak Eckel och gruppledare Tobias Schaedler.
Kemister vid HRL Laboratories i Malibu, Kalifornien, kan ha kommit runt det problemet genom att utveckla keramik som kan tillverkas i en 3D-skrivare. Resultatet: ultrastarka föremål som är omöjliga att tillverka med konventionella metoder.
Den här historien var en del av vårt majnummer 2016
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Keramik används idag i bromsbelägg, hölje av mikroelektronik och termiska skärmar (som de på rymdfarkoster). Nu försöker forskarna vid HRL att avsevärt utöka applikationerna. Om delar till flygplansmotorer var gjorda av keramik, till exempel, skulle motorerna kunna köras vid en högre temperatur, vilket ökar deras effektivitet.
Keramik kan också erbjuda en uppgradering av delar som används i ångturbiner och andra maskiner som måste tåla brännande, mekaniskt svåra förhållanden. Labbet är samägt av Boeing och General Motors, och projektet har en del finansiering från DARPA, FoU-avdelningen till det amerikanska försvarsdepartementet.
Vänster: Denna bägare med harts innehåller polymerprekursorer som kan köras genom en 3D-skrivare för att göra föremål. Höger: I skrivaren träffar ultraviolett ljus hartset och härdar det för att bygga saker ett lager i taget.
Vänster: Denna bägare med harts innehåller polymerprekursorer som kan köras genom en 3D-skrivare för att göra föremål. Höger: I skrivaren träffar ultraviolett ljus hartset och härdar det för att bygga saker ett lager i taget.
Efter cirka 90 minuters tryckning kommer denna lilla del, ett pumphjul, ur hartsbadet. Impellers används i ångturbiner och andra maskiner som måste tåla slitage och höga temperaturer.
Vänster: Den tryckta delen behandlas i en ugn för att baka polymeren och förvandla den till en keramik. I processen krymper delen med cirka 30 procent. Till höger: Schaedler gör sig redo att dra ut den keramiska delen ur 1 000 °C ugnen.
Vänster: Den tryckta delen behandlas i en ugn för att baka polymeren och förvandla den till en keramik. I processen krymper delen med cirka 30 procent. Till höger: Schaedler gör sig redo att dra ut den keramiska delen ur 1 000 °C ugnen.
För att testa materialets värmetolerans satte HRL-forskare det under en fackla på cirka 1 200 °C.
HRL:s knep är att formulera speciella hartser som kan användas som bläck i en skrivare. De är gjorda av polymerer men har i sin molekylära struktur kisel och andra element som finns i keramik. Dessa hartser laddas i 3D-skrivare för att göra delar med barocka former, såsom korkskruvar och ark av invecklade galler. Sedan går dessa delar in i en ugn för att baka ut de organiska polymerkomponenterna och lämnar kvar keramiskt material.
Större bitar av tryckt keramiskt nät och galler som dessa kan användas för att skydda rymdfarkoster från extrema temperaturer.
Den 3-D-tryckta keramiken kan vara bättre i vissa avseenden än sina konventionella motsvarigheter. Ett galler tillverkat vid HRL har 10 gånger så hög tryckhållfasthet som kommersiellt tillgänglig keramik. Dessa tryckta delar tål även värme så hög som 1 700 °C, en temperatur vid vilken annan keramik börjar brytas ned.
Men gruppen hoppas ändå kunna göra sin tryckta keramik starkare. Ett tillvägagångssätt är att designa nya typer av pre-keramiska polymerer som har fibrer inbäddade i dem för att stoppa sprickor från att spridas. Keramik är spröd och kan misslyckas katastrofalt med en spricka. Det skulle inte fungera om en liten defekt fick en smart ny del att splittras.