普渡大学应用研究所(PARI)的研究人员正在开发一种工艺，将深色陶瓷（能够承受高超音速飞行的恶劣条件的材料）3D打印成高超音速飞行器部件的复杂形状。目标是大规模3D打印这些部件，以提高效率和性能。这项研究是国防部制造科学技术计划办公室资助的五个项目之一，旨在实现高超音速飞行器部件的高效、高性能生产。
突破深色陶瓷3D打印技术难题
Rodney Trice是工程学院材料工程系的教授，也是PARI高超音速先进制造技术中心(HAMTC)陶瓷加工领域的首席专家，他正在带头致力于增强这些材料以用于3D打印。这项技术允许打印出表面光滑、精度达到微米级别的复杂设计和几何图形，这对于高超音速飞行器的部件至关重要。
然而，深色陶瓷3D打印技术并非易事。由于深色粉末吸收紫外线，导致固化材料所需的紫外线无法有效穿透，从而限制了固化深度。这直接影响到制造每个部件所需的时间。为解决这一问题，Trice教授、材料工程博士生Matthew Thompson和HAMTC陶瓷研究工程师 Dylan Crump正在研究树脂系统、表面处理方法以及其它可增加固化深度的技术。
Thompson解释道：“我们正在作为材料研发的试验台，不断调整材料属性和进行表面改性，以提升性能并优化打印过程。”
此外，随着打印部件尺寸的增加，后处理阶段的挑战也相应增加。更大的部件更容易出现分层和开裂等问题。因此，Trice、Thompson和Crump正在努力消除这些潜在问题，确保从小型到大型打印机的平滑过渡不会对部件造成损害。
Thompson强调：“我们的目标是找到解决方案，无论是建立生产流水线还是为利益相关者提供可用策略，确保在研发新系统时能够节省时间。”
△2023年，普渡大学应用研究所耗资4100万美元在校园内开设高超音速和应用研究设施
3D打印全尺寸超音速燃烧冲压发动机原型
虽然，这项研究未详细说明3D打印技术的具体应用，但普渡大学先前已经利用3D打印技术成功开发出高超音速发动机的原型。
去年3月份，PARI的研究团队宣布，他们成功利用3D打印技术开发出全尺寸超音速燃烧冲压发动机（scramjet）原型机。该发动机能够支持飞机以超过5马赫的速度飞行，展示了3D打印在航空航天制造领域的巨大潜力。
△早在2022年，普渡大学与Velo3D打印高超音速金属零部件
3D打印原型机的开发得益于PARI高超音速先进制造技术中心（HAMTC）的创新设计和制造工艺。HAMTC的研究人员与GE增材制造公司合作，采用了GE Concept Laser X Line 2000R打印机进行大规模金属制造。通过这种先进的3D打印技术，团队能够制造出具有复杂几何形状和重量轻、零件少的发动机部件，同时保持了发动机的高性能功能。
以上相关研究不仅为高超音速飞行器部件的制造带来创新，还为3D打印技术在先进制造领域的应用提供了新的视角。随着研究的深入，预计将会为相关领域带来深远的影响。
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