美国空军研究实验室的研究小组已经成功印刷了耐高温，强化聚合物复合材料的零件。

    空军研究实验室的研究人员已经证明能够通过在高温聚合物复合材料中加入添加剂从而使其应用在极端环境下。这种材料通过将碳纤维注入聚合物树脂，然后通过选择性激光烧结制成，可用于发动机部件以及未来战斗机的前缘和后缘。（美国空军照片/ Dr。 Hilmar Koerner）

    该团队与美国宇航局格伦研究中心（美国俄亥俄州克利夫兰）和路易斯维尔大学（美国肯塔基州路易斯维尔）的研究人员通过使用添加剂一起成功印刷了耐高温、增强聚合物复合材料的零件。它由注入碳纤维长丝的高温热固性树脂组成，这种最先进的材料为突破下一代和空军制造需求的成本效益奠定了基础。

    聚合物基复合材料和加工研究团队的科学家Hilmar Koerner博士（他推动了这个新的发现）说：“这是复合材料添加剂制造领域的一个非常有影响力的突破。这些3D打印部件可承受高于300摄氏度的温度，使其可应用在涡轮发动机的更换部件或发动机排气周围温度较高的区域上。”

    通常，聚合物复合材料由嵌入基体中的纤维（如玻璃）组成，或由环氧树脂或者其他材料制成的树脂组成。嵌入式纤维强化了基体，并使得材料更坚固。

    在称为激光烧结的聚合物添加剂制造技术中，高温激光穿过聚合物粉末床以形成计算机预先设计生成的形状。伴随着新的粉末和激光能量层形成的这个过程重复多次，直到3D部分完成。

    在对高温聚合物树脂进行实验时，Koerner和他的团队发现聚合物印刷效果很好，但是当他们从粉末床上取下用于后处理的材料时，它们就是失去原有的用处，因为材料基本上会“融化成水坑”。

    为了解决这个问题并且更好地使分子在激光的热量下缠绕并形成一个形状，Koerner建议在树脂材料中加入碳纤维填料来使激光能够更好地传递到基体。加入碳纤维的聚合物比单独的聚合物发生更快的热传导，因为碳纤维会通过吸收激光能量而使激光更快的加热材料。

    因此，研究人员成功地印刷了多种配置的高温聚合物复合材料样片，据他们所知，这是迄今为止是通过增材制造来制造的具有最高温度的聚合物复合材料零件。

    AFRL的首席材料工程师Jeffery Baur博士说：“即使使用传统的制造技术，高温材料的加工也非常困难且昂贵。而且由于它们通常用于特定的军事应用，因此这些类型材料的供应商并不多。而这一突破将使我们能够以经济高效的方式添加制造高温复合材料零件。此外，高温聚合物复合材料部件体积小，复杂，不仅对空军具有极大的益处和优势，而且有望成为改变整个行业游戏规则的一个重要因素。”

    该团队成功地印制了大量的测试优惠券和带有新材料的支架，并计划将展示他们具有打印更大型部件的能力作为其下一步的目标。初步测试数据表明材料可承受高温，但在空军平台上实施之前还需要对材料进行进一步测试和鉴定。

    尽管如此，这是增材制造方面的一项重大突破，而从长远来说，也为空军带来了节省成本的好处。

    Baur说：“这对空军来说是一项很好的增值能力。我们对这一突破感到非常兴奋，并期待看到它对未来的影响力。”

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责任编辑：殷鹏飞

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