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环球关注:可实现复杂航空航天结构的陶瓷3D打印技术未来前景如何?
发布日期: 2023-05-16 14:40:22 来源: 南极熊3D打印网

增材制造技术带来了许多优势,如生产轻量、高强度、复杂的零件,设计自由度,减少原材料浪费,提高成本和资源效率。这些变化将推动航空航天领域的发展和进步。


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2023年5月15日,南极熊获悉,奥地利制造商Lithoz专注于陶瓷3D打印技术,通过光刻陶瓷制造(LCM)技术满足工业和航空航天应用对复杂零件的高要求。它在2022年实现了陶瓷3D打印解决方案收入翻倍,表明医疗和航空航天等多个行业市场对该技术表现出了兴趣。

在航空航天应用中使用陶瓷的好处

根据“3D打印陶瓷2022-2032:技术和市场展望”的研究报告指出,陶瓷3D打印市场价值预计将显著增长,到2023年预计达到4亿美元(约为27亿人民币)。

航空航天、国防、牙科和化学工程等行业对陶瓷3D打印用于生产小批量零件表现出了兴趣。陶瓷因卓越的性能,在航空航天工业中备受关注,如高耐热性、抗氧化性、耐磨性和机械稳定性。这使得陶瓷成为在极端条件下高效使用的理想材料,尤其是在高应力环境下的部件。一些高级陶瓷材料如氧化铝、氮化硅、碳化硅和氧化锆也备受关注。通过3D打印技术,甚至可以制造超高温陶瓷。

在航空航天工业中,陶瓷可逐渐取代传统材料如金属等。虽然金属仍然是常用材料,但在某些应用中受到限制。陶瓷提供了可行的解决方案,减少磨损率。结合3D打印制造技术,陶瓷能够实现更精细的零件制造。

以Lithoz公司在航空航天领域的LCM技术举例,使用氮化硅制造了3D打印气动塞式发动机喷嘴,展示了先进陶瓷卓越性能的典型应用。这些喷嘴经过所有压力测试,证明它们能够承受显著的热冲击,即使在超过1200°C的高温环境下也能保持稳定。

使用LCM技术的高分辨率和复杂性

Lithoz的光刻陶瓷制造(LCM)技术基于光聚合原理,通过CeraFab 3D打印机将陶瓷浆料分布到透明的液槽中。利用数字微镜设备和先进的投影系统,逐层生成生胚对象,并进行后续热处理和烧结,得到高密度的耐用陶瓷组件。

该技术具有高度的曝光精度,可在整个构建平台上实现一致性和准确性,使得制造复杂微结构成为可能。Lithoz目前提供多种不同的CeraFab 3D打印解决方案,每个都具有独特的优势,例如CeraFab S65专为高分辨率精度达到25μm而设计。

Lithoz的技术不仅适用于小批量生产,还可用于大规模生产。例如,Steinbach AG使用Lithoz的CeraFab系统解决方案进行大量生产手术导管。该管件的复杂设计需要使用增材制造技术从原型制作到最终生产。Steinbach每年能够生产1.2万个零件,证明了3D打印技术在扩大到批量生产方面的有效性。

使用陶瓷3D打印实现航空航天优化结构

将陶瓷的特性与3D打印的灵活性相结合,在航空航天领域应用中具有重要优势。通过陶瓷3D打印,可以精确定制设计、修改结构以及添加特定功能,满足复杂零件的需求。其中一个实际应用是为航空航天创建RF滤波器。这些滤波器对于提高信号质量、减少干扰至关重要。陶瓷3D打印可以创造各种形状、顺序和带宽的高度工程化的谐振器,并将其集成到单个组件中,从而优化性能、可靠性和耐久性。

陶瓷作为材料具备理想特性,能够满足航空航天工业中对高频段可靠通信的要求。其高性能和可靠性使其适用于恶劣环境,并且可以实现滤波器的小型化,减轻重量。此外,陶瓷过滤器在温度和时间方面表现出良好的稳定性,确保长期可靠性和一致性的性能。这些特点使得陶瓷3D打印在航空航天领域的应用具有重要意义,并为专业的3D打印人群带来了新的研究和发展机遇。

如何控制陶瓷部件的微观结构

Lithoz表示,它的陶瓷3D打印解决方案在更复杂的应用中具有显著优势,通过精确控制材料的微观结构和孔隙率,超越了其他传统制造技术的限制。该公司的LCM技术还具备多材料3D打印和功能分级陶瓷的能力。通过其双缸系统,可以在每一层使用不同的材料,实现高度复杂的氧化铝零件和单个零件内的致密和多孔梯度。这种增材制造的应用提高了陶瓷部件的性能和复杂性,为航空航天工业带来了新的研究可能性。

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