JCU工程師開發(fā)“世界首創(chuàng)”航空航天用可彎曲3D打印陶瓷，耐彎次數(shù)達(dá)數(shù)千次

2025年4月28日，南極熊獲悉，來自澳大利亞詹姆斯庫(kù)克大學(xué) (JCU) 的工程師們開發(fā)出一種新型 3D 打印可彎曲陶瓷材料，能夠承受高強(qiáng)度的彎曲。這種材料在出現(xiàn)疲勞之前可以彎曲數(shù)千次，目前已引起航空航天制造商洛克希德·馬丁公司的關(guān)注。

洛克希德·馬丁公司表示將在明年與 JCU 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Elsa Antunes 博士及其團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)這種3D 打印的可彎曲陶瓷材料進(jìn)行壓力測(cè)試，這種材料可以承受數(shù)千次彎曲才會(huì)出現(xiàn)疲勞跡象。

△JCU機(jī)械工程講師 Elsa Antunes 博士正在檢查一塊可彎曲的陶瓷材料。

Antunes博士說：“新型陶瓷材料可以使速度超過 5 馬赫，即進(jìn)入高超音速領(lǐng)域。我們能夠結(jié)合多種技術(shù)，同時(shí)生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的可彎曲陶瓷，這些陶瓷具有較長(zhǎng)的使用壽命，并且能夠承受航空航天所需的極高溫度。這開辟了航空航天領(lǐng)域的全新應(yīng)用領(lǐng)域，為該行業(yè)創(chuàng)造了新的機(jī)遇?！?/div>

傳統(tǒng)陶瓷因其能夠承受極端環(huán)境下的高溫而常用于飛機(jī)和航天器，但由于其性質(zhì)脆而容易開裂。雖然可彎曲陶瓷并不是什么新鮮事物，但 JCU 團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)出一種厚度各異的原型，其抗彎強(qiáng)度（抗斷裂性能）約為 1.7 千兆帕，能夠承受超過 10,000 次加載循環(huán)而不會(huì)斷裂 - 這是其他制造商無法實(shí)現(xiàn)的壯舉。

Antunes博士說：“即使我們施加最大負(fù)載的 80%，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過10,000 次循環(huán)后，部件也不會(huì)斷裂。市場(chǎng)上常見的陶瓷材料只能承受 20% 的負(fù)載，否則就會(huì)破裂?！?/div>

作為項(xiàng)目的一部分，JCU 團(tuán)隊(duì)將3D 打印理論上可用于飛機(jī)熱管理的特殊陶瓷部件，然后將這些部件暴露在極端溫度和力下以測(cè)試彈性。Antunes博士表示，可彎曲陶瓷材料的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，與傳統(tǒng)的復(fù)合“陶瓷基質(zhì)”材料相比，可彎曲陶瓷材料可以在短短七天內(nèi)生產(chǎn)出來，而傳統(tǒng)的復(fù)合“陶瓷基質(zhì)”材料至少需要一個(gè)月的時(shí)間來制造，并且缺乏相同的柔韌性。

她表示：“除此之外，我們還能夠生產(chǎn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的陶瓷，而這是傳統(tǒng)陶瓷基質(zhì)制造無法實(shí)現(xiàn)的。通過增材制造，你可以制造出不同區(qū)域厚度的零件。你可以創(chuàng)建多孔且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，從而根據(jù)應(yīng)用改善熱管理。當(dāng)我們談?wù)摵娇蘸教鞎r(shí)，例如航天飛機(jī)，我們談?wù)摰氖潜┞对?2000 或 3000 度高溫下的東西?！?/div>

JCU 的設(shè)計(jì)將允許陶瓷化合物與飛機(jī)表面（例如機(jī)翼）一起彎曲，從而降低破裂的風(fēng)險(xiǎn)并允許在測(cè)試高性能車輛時(shí)施加更大的力。

洛克希德·馬丁公司以其高度機(jī)密的高級(jí)開發(fā)計(jì)劃部門（綽號(hào)“臭鼬工廠”）而聞名，幾十年來一直生產(chǎn)尖端隱形飛機(jī)，包括 SR-71 黑鳥、F-117A 騎士鷹、F-22 猛禽和 F-35 閃電 II。

安圖內(nèi)斯博士表示，新的合作關(guān)系將使詹姆斯庫(kù)克大學(xué)和昆士蘭州北部成為開發(fā)先進(jìn)航空航天技術(shù)的中心。她說：“先進(jìn)制造業(yè)是政府的優(yōu)先事項(xiàng)，我們的學(xué)生非常有動(dòng)力參與這樣的項(xiàng)目?！?/div>

昆士蘭國(guó)防科學(xué)聯(lián)盟也通過合作研究資助計(jì)劃為項(xiàng)目提供資金。