211service.com
Ny 3-D printteknik laver keramiske dele
En ny måde at fremstille disse hårde materialer på kan være et vigtigt skridt i at producere bedre flymotorer og langtidsholdbare maskindele. 19. april 2016
Keramik er nogle af de hårdeste materialer på Jorden. De kan modstå ekstreme temperaturer, og nogle er uimodtagelige for friktion, ridser og andre mekaniske belastninger, der slider metal og plastik. Men det kan være svært at lave komplekse former ud af materialerne.
Kemiingeniør Zak Eckel og gruppeleder Tobias Schaedler.
Kemikere ved HRL Laboratories i Malibu, Californien, er muligvis kommet uden om det problem ved at udvikle keramik, der kan laves i en 3-D-printer. Resultatet: ultrastærke genstande, som er umulige at lave ved hjælp af konventionelle metoder.
Denne historie var en del af vores maj 2016-udgave
- Se resten af problemet
- Abonner
Keramik bruges i dag i bremseklodser, kabinettet til mikroelektronik og termiske afskærmningsfliser (som dem på rumfartøjer). Nu forsøger forskerne ved HRL at udvide applikationerne væsentligt. Hvis dele til flymotorer for eksempel var lavet af keramik, kunne motorerne køre ved en højere temperatur, hvilket øger deres effektivitet.
Keramik kunne også tilbyde en opgradering af dele, der bruges i dampturbiner og andre maskiner, der skal modstå brændende, mekanisk barske forhold. Laboratoriet er co-ejet af Boeing og General Motors, og projektet har en vis finansiering fra DARPA, R&D-afdelingen af det amerikanske forsvarsministerium.
Til venstre: Dette bæger med harpiks indeholder polymerprækursorer, der kan køres gennem en 3D-printer for at lave objekter. Til højre: I printeren rammer ultraviolet lys harpiksen og hærder den til at bygge ting et lag ad gangen.
Til venstre: Dette bæger med harpiks indeholder polymerprækursorer, der kan køres gennem en 3D-printer for at lave objekter. Til højre: I printeren rammer ultraviolet lys harpiksen og hærder den til at bygge ting et lag ad gangen.
Efter cirka 90 minutters udskrivning kommer denne lille del, et skovlhjul, ud af harpiksbadet. Løbehjul bruges i dampturbiner og andre maskiner, der skal tåle slid og høje temperaturer.
Til venstre: Den trykte del behandles i en ovn for at bage polymeren og omdanne den til en keramik. I processen skrumper delen med omkring 30 procent. Til højre: Schaedler gør klar til at trække den keramiske del ud af 1.000 °C ovnen.
Til venstre: Den trykte del behandles i en ovn for at bage polymeren og omdanne den til en keramik. I processen skrumper delen med omkring 30 procent. Til højre: Schaedler gør klar til at trække den keramiske del ud af 1.000 °C ovnen.
For at teste materialets varmetolerance satte HRL-forskere det under en fakkel på omkring 1.200 °C.
HRLs trick er at formulere specielle harpikser, der kan bruges som blæk i en printer. De er lavet af polymerer, men har i deres molekylære struktur silicium og andre elementer, der findes i keramik. Disse harpikser indlæses i 3-D-printere for at lave dele med barokke former, såsom proptrækkere og ark med indviklede gitter. Derefter går disse dele ind i en ovn for at bage de organiske polymerkomponenter ud, hvilket efterlader keramisk materiale.
Større stykker trykt keramisk mesh og gitterplader som disse kunne bruges til at beskytte rumfartøjer mod ekstreme temperaturer.
Den 3-D-printede keramik kunne i nogle henseender være bedre end deres konventionelle modstykker. Et gitter fremstillet hos HRL har 10 gange så høj trykstyrke som kommercielt tilgængelig keramik. Disse trykte dele kan også tåle varme helt op til 1.700 °C, en temperatur, hvor anden keramik begynder at blive nedbrudt.
Men gruppen håber stadig på at gøre sin trykte keramik stærkere. En tilgang er at designe nye slags prækeramiske polymerer, der har fibre indlejret i dem for at forhindre revner i at sprede sig. Keramik er skørt og kan svigte katastrofalt med én revne. Det ville ikke fungere, hvis en lille defekt fik en smart ny del til at knuse.