3D打印技術(shù)可助力碳化硅陶瓷實現(xiàn)快速輕量一體化制造
輕量化的實現(xiàn)途徑主要有三大方面:一是材料的優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)用;二是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計;三是先進制造技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。三者相輔相成以實現(xiàn)最終產(chǎn)品的輕量化制造。
碳化硅(SiC)陶瓷憑借其比剛度大、熱導率高、熱變形系數(shù)小以及穩(wěn)定性好等綜合品質(zhì)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)等高端制造的電子設(shè)備、散熱解決方案以及光學系統(tǒng)等領(lǐng)域。
碳化硅陶瓷在具有低密度的同時具有高機械強度
是作為輕量化設(shè)計的理想材料;再通過輕量化構(gòu)型設(shè)計思路，不僅可以降低對材料的使用要求，還能減少昂貴材料的使用量、改進強度重量比、縮短加工時間:結(jié)合增材制造(3D打印)技術(shù)成形復(fù)雜異型構(gòu)件的獨特優(yōu)勢，將是SiC陶瓷材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合的重點方向。
3D打印技術(shù)具有智能、無模、精密、高復(fù)雜度的制造能力，它能夠完成傳統(tǒng)工藝不可能完成的制造。不過相對于塑料或金屬有固定的熔點，通過加熱融化后就可以進行粘貼。而碳化物陶瓷沒有熔點，如碳化硅會在高溫下氧化成二氧化硅，或者是其他的氣體、激光的作用下直接分解，導致無法直接3D打印，需打印出一個素坯再去燒結(jié)。而基于燒結(jié)的3D打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)、輕量一體化制備碳化硅已成為重要應(yīng)用趨勢。
晶格結(jié)構(gòu)是一種最典型的輕量化設(shè)計結(jié)構(gòu)?；谄鋸?fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使用水射流切割、鑄造、化學鍍和電沉積等傳統(tǒng)的制造技術(shù)制造，耗時、昂貴，并且無法達到高分辨率，而采用3D打印的數(shù)字化制造方式，可實現(xiàn)以較低的成本和時間來制造高分辨率和復(fù)雜形狀的薄支柱和晶格幾何形狀，這一顯著的優(yōu)勢讓其成為了理想的填充成形方式。目前，除了在消費品、體育用品、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域備受青睞之外，超輕和多功能特性的晶格結(jié)構(gòu)也在再生醫(yī)學、汽車設(shè)計、航空航天等領(lǐng)域有著深度的應(yīng)用。
隨著碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，將進一步推動碳化硅市場的高速發(fā)展。3D打印技術(shù)作為高端裝備制造領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，始終致力于解決傳統(tǒng)制造工藝提出的挑戰(zhàn)，在實現(xiàn)特種陶瓷無模成形、縮減產(chǎn)品設(shè)計周期、精細陶瓷微結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮著極其重要的作用。
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