今天，一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的復(fù)合材料工業(yè)水平，已成為衡量其科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力標(biāo)志之一。先進(jìn)復(fù)合材料是國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的源泉。近日，美國(guó)NASA格倫研究中心與路易斯維爾大學(xué)和美國(guó)空軍合作，開(kāi)發(fā)了一種耐高溫?zé)峁绦跃埘啺窂?fù)合材料零部件的增材制造技術(shù)。
NASA開(kāi)發(fā)3D打印碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料
美國(guó)宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創(chuàng)新者與路易斯維爾大學(xué)和美國(guó)空軍合作，開(kāi)發(fā)了一種增材制造技術(shù)，使用熱固性聚酰亞胺樹(shù)脂生產(chǎn)具有高溫性能的復(fù)合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結(jié)（SLS）來(lái)熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹(shù)脂的粉末狀產(chǎn)品，該樹(shù)脂填充有精細(xì)研磨的碳纖維。隨后可以對(duì)所得復(fù)合材料零件進(jìn)行后固化，為高溫航空航天應(yīng)用做準(zhǔn)備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復(fù)合材料零件。
這是最先進(jìn)的增材制造聚合物技術(shù)的重大進(jìn)步，通過(guò)提供一種需要相對(duì)較低熔融溫度的SLS工藝，創(chuàng)建得到具有高溫能力的復(fù)合材料，從而能夠?qū)哂袕?fù)雜幾何形狀的零件進(jìn)行3D打印，以實(shí)現(xiàn)高性能應(yīng)用。
技術(shù)特征
NASA的這項(xiàng)技術(shù)是首個(gè)成功實(shí)現(xiàn)高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料的3D打印技術(shù)。對(duì)碳纖維填充的RTM370進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)后進(jìn)行后固化，以實(shí)現(xiàn)更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為370℃的復(fù)合材料部件。
SLS工藝通常使用熱塑性聚合物粉末，所得零件的有效溫度范圍為150-185°C，但與傳統(tǒng)加工材料相比，通常較弱。最近，高溫?zé)崴苄运芰弦呀?jīng)通過(guò)高溫SLS工藝制造成3D零件，需要380°C的熔化溫度，但這些部件的可用溫度范圍仍低于200°C。
NASA的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規(guī)SLS設(shè)備。隨后，使用多步驟循環(huán)對(duì)所得零件進(jìn)行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，同時(shí)避免在過(guò)程中發(fā)生尺寸變化。
這項(xiàng)發(fā)明將極大地有利于航空航天公司為需要超過(guò)300°C應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)部件生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的部件，同時(shí)具有豐富的其他潛在應(yīng)用，包括但不限于軍 用飛機(jī)的傳統(tǒng)部件打印和生產(chǎn)高性能電動(dòng)汽車(chē)的部件。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
高溫性能：NASA的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料在極高溫度（超過(guò)300°C）下仍能保持機(jī)械性能
高性能復(fù)雜3D部件的易生產(chǎn)性：需要高溫應(yīng)用的復(fù)雜結(jié)構(gòu)物體可以通過(guò)常規(guī)SLS設(shè)備進(jìn)行3D打印
制件輕量化：RTM370復(fù)合材料制成的部件比金屬部件輕30%
清潔環(huán)保：RTM370采用無(wú)溶劑生產(chǎn)工藝，不會(huì)產(chǎn)生任何有害的揮發(fā)性化合物
優(yōu)異的抗沖擊性和焦炭產(chǎn)率：RTM370復(fù)合材料在環(huán)境和高溫下表現(xiàn)出高的抗沖擊性能和優(yōu)異的耐磨性
