HRL與Prodways合作實(shí)現(xiàn)高致密碳氧化硅陶瓷3D打印

2025年9月22日，南極熊獲悉，由通用汽車與波音公司合資成立的HRL實(shí)驗(yàn)室宣稱，通過與法國3D打印技術(shù)公司Prodways達(dá)成深度合作，成功利用ProMaker L5000 DLP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全致密的碳氧化硅陶瓷（SiOC）3D打印。這一突破性成果標(biāo)志著聚合物衍生陶瓷（PDC）增材制造技術(shù)在航空航天、能源、國防等高端制造領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。

HRL與Prodways合作解決微裂紋控制難題

與傳統(tǒng)粉末基陶瓷3D打印工藝不同，聚合物衍生陶瓷工藝以液態(tài)聚合物為前驅(qū)體，可先行成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，再通過高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化為輕質(zhì)且耐高溫的陶瓷材料。新工藝有效規(guī)避了粘結(jié)劑燒盡與燒結(jié)過程中常見的工程難題，大幅提升了陶瓷部件的結(jié)構(gòu)完整性與性能可靠性。

盡管3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)成型難以制備的復(fù)雜形狀陶瓷產(chǎn)品，但這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展仍面臨一個(gè)重要挑戰(zhàn)：在打印過程中需加入大量粘結(jié)劑以粘合陶瓷粉末，導(dǎo)致素坯密度較低，且在高溫?zé)Y(jié)過程中粘結(jié)劑分解產(chǎn)生氣體，容易引發(fā)微裂紋等缺陷，影響成品結(jié)構(gòu)可靠性。這也制約了該技術(shù)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。而HRL與Prodways的合作成果，正為克服上述瓶頸提供了新的可能。

△Prodways公司的DLP打印機(jī)和SLS打印機(jī)

在此次合作中，HRL實(shí)驗(yàn)室充分發(fā)揮它們?cè)谔沾刹牧项I(lǐng)域的深厚積累，結(jié)合Prodways ProMaker L5000高分辨率DLP數(shù)字光處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的精確控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，細(xì)小均勻的顆粒分布顯著提升了材料強(qiáng)度，而過大的夾雜物則易在聚合物向陶瓷轉(zhuǎn)化過程中形成微裂紋，影響最終性能。對(duì)此，雙方通過優(yōu)化樹脂配方及增強(qiáng)體幾何參數(shù)，成功生產(chǎn)出無缺陷的航空級(jí)陶瓷部件。

此次合作指明了一條發(fā)展路線圖，即通過優(yōu)化樹脂配方和增強(qiáng)體幾何形狀，能夠直接利用聚合物前驅(qū)體生產(chǎn)出無缺陷的航空級(jí)陶瓷部件。除了證明可行性之外，該研究還為通過增材制造技術(shù)設(shè)計(jì)更堅(jiān)韌的陶瓷基復(fù)合材料奠定了基礎(chǔ)。

對(duì)于HRL和Prodways來說，這項(xiàng)工作反映了增材制造中至關(guān)重要的跨行業(yè)合作：將先進(jìn)研究與工業(yè)平臺(tái)相結(jié)合，將新材料從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的演示轉(zhuǎn)移到實(shí)際應(yīng)用，為全球高端制造業(yè)提供更具競爭力的陶瓷增材制造解決方案。

△美國HRL團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)高分子陶瓷3D打印

關(guān)于HRL實(shí)驗(yàn)室

HRL是由通用汽車與波音公司共同投資成立的領(lǐng)先研究機(jī)構(gòu)，專注于材料科學(xué)、增材制造、微電子等前沿技術(shù)研發(fā)。在2016年，南極熊報(bào)道過，HRL開發(fā)的3D打印的超強(qiáng)陶瓷材料能夠承受超過1400攝氏度高溫的新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)已在《科學(xué)》期刊上發(fā)布，意味著全球性的前沿技術(shù)地位。