美軍開(kāi)發(fā)出用于飛機(jī)高溫部件3D打印的聚合物材料

近日，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室與NASA格倫研究中心和路易斯維爾大學(xué)合作，開(kāi)發(fā)出3D打印耐高溫聚合物的方法。研究人員采用浸漬了碳纖維絲的高溫?zé)峁绦詷?shù)脂和選區(qū)激光燒結(jié)工藝，成功打印出可承受高于300℃的耐高溫聚合物基復(fù)合材料部件，未來(lái)有望用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)備件或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣周圍的高溫區(qū)域。

由于聚合物基復(fù)合材料的輕質(zhì)特性和耐高溫環(huán)境的能力，有助于增加飛機(jī)的航程，同時(shí)可降低燃料消耗，降低運(yùn)營(yíng)成本，因此對(duì)空軍下一代裝備應(yīng)用具有極大的吸引力。而這一顛覆性發(fā)現(xiàn)為滿足空軍下一代、成本有效的制造需求奠定了基礎(chǔ)。

通常，聚合物基復(fù)合材料是將纖維（如玻璃纖維）嵌入到環(huán)氧樹(shù)脂或其他基體材料中，嵌入式纖維增強(qiáng)了基體，使得材料更加堅(jiān)固。

采用激光燒結(jié)工藝進(jìn)行聚合物3D打印的過(guò)程中，通過(guò)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)的形狀。隨后利用激光能量成形新的粉末層，這個(gè)過(guò)程重復(fù)多次，直到三維零件完成。

在對(duì)高溫聚合物樹(shù)脂進(jìn)行測(cè)試時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)增材制造技術(shù)能夠很好地打印聚合物粉末，但是當(dāng)他們從粉末床上取下零件進(jìn)行后處理時(shí)，材料會(huì)發(fā)生熔化，因而無(wú)法使用。

為了解決這一問(wèn)題并更好地使分子在激光的熱量下纏繞并成形，研究人員在樹(shù)脂材料中加入碳纖維填充材料，以更好地將激光的能量轉(zhuǎn)移到基體。通過(guò)吸收激光的能量和傳導(dǎo)熱量，碳纖維會(huì)使激光器加熱材料的速度比單獨(dú)使用聚合物快得多。

研究人員表示，高溫材料的加工非常困難且昂貴，并且這種材料通常用于軍事特定用途，其供應(yīng)商資源較少。這一突破將使美國(guó)空軍可以以更加經(jīng)濟(jì)高效的方式制造出高溫復(fù)合材料零件。而且，高溫聚合物復(fù)合材料零件具有體積小、功能多等特點(diǎn)，最新研究成果不僅將為空軍帶來(lái)極大的好處，而且有可能為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)顛覆性影響。

初步測(cè)試數(shù)據(jù)表明，這種新材料可以承受高溫，但在實(shí)際應(yīng)用于空軍平臺(tái)之前還需要對(duì)材料進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試和驗(yàn)證。

來(lái)源： 國(guó)防科技信息網(wǎng)