Новости аддитивных технологий. В компании HRL Laboratories (США) разработали технологию 3D-печати высокопрочной керамики

Исследователи из частной компании HRL Laboratories разработали и продемонстрировали новый метод аддитивного производства (3D-печати), позволяющий создавать изделия из керамического материала высокой прочности. Получившийся материал выдерживает рекордные температуры и нагрузки.

Широкое промышленное использование керамических материалов при создании изделий сложной формы серьёзно ограничено: механообработка керамики – процесс долгий и дорогой, как правило, требующий использования алмазных инструментов. Нередко на станочную обработку уходит до 80% всех производственных затрат.

Аддитивные технологии позволяют создавать продукцию практически любой геометрии, но пока с помощью 3D-печати нельзя было делать высокопрочные и термостойкие керамические изделия, пригодные для инженерных разработок, отмечает один из участников исследования Тобиас Шэдлер (Tobias Schaedler).

Сотрудники HRL Laboratories - ведущий инженер-химик Зак Эккель (Zak Eckel) и ведущий химик д-р Чаоинь Чжоу (Chaoyin Zhou) разработали специальный прокерамический полимер, выступающий в качестве «полуфабриката». После «выращивания» изделия с помощью аддитивной технологии оно подвергается высокотемпературной обработке, и в результате становится керамическим (в составе содержатся 36% кислорода, 26% кремния, 33% углерода и 4% серы). Материал приобретает способность выдерживать температуры как минимум до 1700°C.

Основы технологии не новы – ещё в 1960-х годах была придумана производная от полимеров керамика (polymer-derived ceramics). В таких полимерах присутствуют основные составляющие керамики (кремний, азот). После нагревания из полимера улетучивается метан, углекислый газ и т.п., оставляя керамическую структуру.

Авторы исследования разработали не только новый материал, но и новый процесс выращивания объекта в жидкой среде. Как отмечается в публикации, для производства можно использовать как уже традиционную технологию 3D-печати - лазерную стереолитографию (SLA), так и новый метод, который получил название Self-propagating wave-guide technology. Суть в том, что готовый полимер способен пропускать ультрафиолетовое излучение, в то время как полуфабрикат этого делать не может. В результате при использовании тщательно разработанных шаблонов можно быстрее полимеризовать достаточно большие области заготовки.

Для демонстрации возможностей метода сотрудники HRL Laboratories напечатали несколько сложных конструкций, в том числе, с решетчатой/сотовой структурой. По данным авторов, кроме высокой термостойкости, изделия получаются и очень прочными - готовая керамика выдерживает нагрузки в десятки раз больше, чем изделия из аналогичных материалов.

 

В HRL Laboratories сообщают, что полученные разработки могут применяться, к примеру, при создании реактивных двигателей и  производстве микроэлектромеханических систем.

Полностью результаты работы опубликованы в журнале Science.

Справка

HRL Laboratories, LLC (США) – частная компания, которая ведет научно-исследовательские разработки и предоставляет решения для авиационной, автомобилестроительной, оборонной промышленности, для индустрии потребительской электроники и др.

HRL фокусируется на технологиях в области микроэлектроники, фотоники, IT, новых материалов; создании датчиков, высокопроизводительных интегральных микросхем, мощных лазеров, антенн, сетей и др.

В настоящее время HRL Laboratories принадлежит корпорациям General Motors and Boeing. Расположена в Малибу, штат Калифорния, США.

HRL Laboratories ( бывш. Hughes Research Laboratories) ведет историю с 1948 года, с момента создания научно-исследовательского центра – подразделения военно-промышленной авиастроительной компании Hughes Aircraft, принадлежащей предпринимателю, инженеру, авиатору и кинорежиссёру Говарду Хьюзу.

В 1985 году подразделение было приобретено компанией General Motors.

В 1997 году Hughes Research Laboratories получила юридический статус отдельного предприятия и была переименована в HRL Laboratories, LLC. Владельцами стали GM и компания Raytheon (один из крупнейших поставщиков Министерства обороны США; разработчик и производитель управляемых ракет, радиолокационных комплексов, систем наведения, системы связи и управления, компонентов космических систем).

В 2000 году одним из совладельцев HRL Laboratories стал также концерн Boeing.

В 2007 Raytheon продала свою долю в компании, но по-прежнему является одним из заказчиков HRL, наряду со многими другими высокотехнологичными предприятиями и организациями, включая Министерство обороны США и Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA).

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab^® по материалам nplus1.ru, hrl.com, livescience.com, geektimes.ru, phys.org, svopi.ru, ceramics.org, livescience.com