碳纖維助力 美軍開發出3D打印耐高溫聚合物

近日，美國空軍研究實驗室與NASA格倫研究中心和路易斯維爾大學合作，開發出3D打印耐高溫聚合物的方法。研究人員采用浸漬了碳纖維絲的高溫熱固性樹脂和選區激光燒結工藝，成功打印出可承受高于300℃的耐高溫聚合物基復合材料部件，未來有望用于渦輪發動機備件或發動機排氣周圍的高溫區域。

由于聚合物基復合材料的輕質特性和耐高溫環境的能力，有助于增加飛機的航程，同時可降低燃料消耗，降低運營成本，因此對空軍下一代裝備應用具有極大的吸引力。而這一顛覆性發現為滿足空軍下一代、成本有效的制造需求奠定了基礎。

通常，聚合物基復合材料是將纖維（如玻璃纖維）嵌入到環氧樹脂或其他基體材料中，嵌入式纖維增強了基體，使得材料更加堅固。

采用激光燒結工藝進行聚合物3D打印的過程中，通過高溫激光穿過聚合物粉末床以形成計算機預先設計的形狀。隨后利用激光能量成形新的粉末層，這個過程重復多次，直到三維零件完成。

在對高溫聚合物樹脂進行測試時，研究團隊發現增材制造技術能夠很好地打印聚合物粉末，但是當他們從粉末床上取下零件進行后處理時，材料會發生熔化，因而無法使用。

為了解決這一問題并更好地使分子在激光的熱量下纏繞并成形，研究人員在樹脂材料中加入碳纖維填充材料，以更好地將激光的能量轉移到基體。通過吸收激光的能量和傳導熱量，碳纖維會使激光器加熱材料的速度比單獨使用聚合物快得多。

研究人員表示，高溫材料的加工非常困難且昂貴，并且這種材料通常用于軍事特定用途，其供應商資源較少。這一突破將使美國空軍可以以更加經濟高效的方式制造出高溫復合材料零件。而且，高溫聚合物復合材料零件具有體積小、功能多等特點，*新研究成果不僅將為空軍帶來極大的好處，而且有可能為整個行業帶來顛覆性影響。

初步測試數據表明，這種新材料可以承受高溫，但在實際應用于空軍平臺之前還需要對材料進行進一步的測試和驗證。

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