可實現復雜航空航天結構的陶瓷3D打印技術未來前景如何？

2023-05-16 14:06:08來源：南極熊3D打印網關鍵詞：陶瓷3D打印陶瓷部件閱讀量：26463

導讀：航空航天行業需要創新和高效解決方案，3D打印技術成為理想選擇。根據研究報告，航空航天和國防市場對3D打印的需求不斷增長，預計增長率將超過24%。

　　增材制造技術帶來了許多優勢，如生產輕量、高強度、復雜的零件，設計自由度，減少原材料浪費，提高成本和資源效率。這些變化將推動航空航天領域的發展和進步。

　　2023年5月15日，南極熊獲悉，奧地利制造商Lithoz專注于陶瓷3D打印技術，通過光刻陶瓷制造(LCM)技術滿足工業和航空航天應用對復雜零件的高要求。它在2022年實現了陶瓷3D打印解決方案收入翻倍，表明醫療和航空航天等多個行業市場對該技術表現出了興趣。

　　在航空航天應用中使用陶瓷的好處

　　根據“3D打印陶瓷2022-2032：技術和市場展望”的研究報告指出，陶瓷3D打印市場價值預計將顯著增長，到2023年預計達到4億美元(約為27億人民幣)。

　　航空航天、國防、牙科和化學工程等行業對陶瓷3D打印用于生產小批量零件表現出了興趣。陶瓷因卓越的性能，在航空航天工業中備受關注，如高耐熱性、抗氧化性、耐磨性和機械穩定性。這使得陶瓷成為在極端條件下高效使用的理想材料，尤其是在高應力環境下的部件。一些高級陶瓷材料如氧化鋁、氮化硅、碳化硅和氧化鋯也備受關注。通過3D打印技術，甚至可以制造超高溫陶瓷。

　　在航空航天工業中，陶瓷可逐漸取代傳統材料如金屬等。雖然金屬仍然是常用材料，但在某些應用中受到限制。陶瓷提供了可行的解決方案，減少磨損率。結合3D打印制造技術，陶瓷能夠實現更精細的零件制造。

　　以Lithoz公司在航空航天領域的LCM技術舉例，使用氮化硅制造了3D打印氣動塞式發動機噴嘴，展示了先進陶瓷卓越性能的典型應用。這些噴嘴經過所有壓力測試，證明它們能夠承受顯著的熱沖擊，即使在超過1200°C的高溫環境下也能保持穩定。

　　使用LCM技術的高分辨率和復雜性

　　Lithoz的光刻陶瓷制造(LCM)技術基于光聚合原理，通過CeraFab 3D打印機將陶瓷漿料分布到透明的液槽中。利用數字微鏡設備和先進的投影系統，逐層生成生胚對象，并進行后續熱處理和燒結，得到高密度的耐用陶瓷組件。

　　該技術具有高度的曝光精度，可在整個構建平臺上實現一致性和準確性，使得制造復雜微結構成為可能。Lithoz目前提供多種不同的CeraFab 3D打印解決方案，每個都具有獨特的優勢，例如CeraFab S65專為高分辨率精度達到25μm而設計。

　　Lithoz的技術不僅適用于小批量生產，還可用于大規模生產。例如，Steinbach AG使用Lithoz的CeraFab系統解決方案進行大量生產手術導管。該管件的復雜設計需要使用增材制造技術從原型制作到最終生產。Steinbach每年能夠生產1.2萬個零件，證明了3D打印技術在擴大到批量生產方面的有效性。

　　使用陶瓷3D打印實現航空航天優化結構

　　將陶瓷的特性與3D打印的靈活性相結合，在航空航天領域應用中具有重要優勢。通過陶瓷3D打印，可以精確定制設計、修改結構以及添加特定功能，滿足復雜零件的需求。其中一個實際應用是為航空航天創建RF濾波器。這些濾波器對于提高信號質量、減少干擾至關重要。陶瓷3D打印可以創造各種形狀、順序和帶寬的高度工程化的諧振器，并將其集成到單個組件中，從而優化性能、可靠性和耐久性。

　　陶瓷作為材料具備理想特性，能夠滿足航空航天工業中對高頻段可靠通信的要求。其高性能和可靠性使其適用于惡劣環境，并且可以實現濾波器的小型化，減輕重量。此外，陶瓷過濾器在溫度和時間方面表現出良好的穩定性，確保長期可靠性和一致性的性能。這些特點使得陶瓷3D打印在航空航天領域的應用具有重要意義，并為專業的3D打印人群帶來了新的研究和發展機遇。

　　如何控制陶瓷部件的微觀結構

　　Lithoz表示，它的陶瓷3D打印解決方案在更復雜的應用中具有顯著優勢，通過精確控制材料的微觀結構和孔隙率，超越了其他傳統制造技術的限制。該公司的LCM技術還具備多材料3D打印和功能分級陶瓷的能力。通過其雙缸系統，可以在每一層使用不同的材料，實現高度復雜的氧化鋁零件和單個零件內的致密和多孔梯度。這種增材制造的應用提高了陶瓷部件的性能和復雜性，為航空航天工業帶來了新的研究可能性。

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