中國粉體網訊 據《美國防務郵報》3月5日報道，美國正加快推進3D打印陶瓷技術的研發，開發能夠承受極端條件的陶瓷材料，滿足高超音速導彈和飛機耐熱性和整體性能的需求。
據報道，美國普渡大學應用研究所（PARI）的研究人員采用了數字光處理（DLP）3D打印機，可以生產出形狀和尺寸精確、表面分辨率高的“深色陶瓷”，通過這種3D打印技術，他們正在嘗試將陶瓷材料轉化為高超音速飛行器所需的部件。
高超音速武器飛得快，打得準，但怕熱
超聲速飛行器賦予了武器系統高機動性，遠距離精確打擊能力，強突防能力以及快速響應能力，是各主要軍事大國正努力搶占的戰略技術制高點。
隨著其向著高速、高推力、高空的方向發展，其對表面材料在極端條件下的耐高溫性和抗氧化性要求也越來越高。
高超音速武器插畫/《美國防務郵報》報道圖
飛行器進入大氣層時面臨著熱流密度高、駐點壓力大和氣流沖刷速度快等極端環境，同時面臨著與氧氣、水蒸氣和二氧化碳反應而產生的化學燒蝕。在飛行器飛出和飛入大氣層時，其頭錐和機翼周圍的空氣會受到劇烈壓縮而與飛行器表面產生較大的摩擦，導致其表面受氣流流動加熱。飛行器表面除了在飛行過程中受氣動加熱外，還會在飛行過程中受到太陽輻射、環境輻射等的影響，使飛行器的表面溫度不斷升高，這一變化會嚴重影響飛行器的服役狀況。
美軍選擇了“陶瓷+3D打印”
目前有望在1 800℃以上溫度使用的材料一般有高溫合金材料、超高溫陶瓷、Cf / SiC 復合材料、C /C復合材料等。現有的高溫合金材料密度大、成本高，抗氧化性能差; Cf / SiC復合材料基體活性氧化長時間使用不能超過1650℃ ; C /C 復合材料雖然具有輕質的特點，但無保護層時超過500℃即開始急劇氧化。
相比其它材料，超高溫陶瓷材料以其優異的綜合性能有望成為新一代高溫熱防護材料，是目前高溫熱防護材料的研究前沿。
然而，陶瓷材料普遍存在脆性高、難以加工的問題。傳統制造方法很難生產出結構復雜且具備高強度的陶瓷部件，這成為高超音速武器研制的一大瓶頸。近年來，3D打印技術的進步讓陶瓷材料的制造方式迎來了突破性變革。
3D打印技術是增材制造技術的俗稱，是快速成形技術的一種，它是通過三維設計數據采用材料逐層累加，以及激光燒結、光照等固化手段制造實體零件的技術，相對于傳統的材料去除（切削加工）技術，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。與傳統制造相比，3D打印具有小批量制造成本低、速度快，復雜制造能力好，材料利用率高，適應性好等優點，應用于武器裝備發展時能夠顯著縮短武器裝備研制時間，減少研制費用，提高武器裝備性能，降低武器裝備成本，提高維修保障時效性與精度。
近年來，美國積極開展3D打印技術在武器生產中的應用研究，比如美國軍方和軍工企業與3D Systems和Sciaky等3D打印技術公司合作，推進大尺寸鈦合金3D打印技術在戰斗機制造上的應用。2013年，美國開始使用3D打印技術批量生產噴氣發動的燃料噴嘴。在3D打印技術應用于輕型物質制造方面，2013年，美國“固體概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金屬手槍，能夠連續發射50發子彈并保持完好。
Aerojet Rocketdyne公司RL10火箭發動機已成功完成配備3D打印銅合金推力室的測試/Aerojet Rocketdyne官網報道圖
2024年5月，美國國防部就曾與美國國防公司Aerojet Rocketdyne簽訂合同，要求其開發3D打印的高超音速推進系統原型機。
此次在PARI團隊的方案中，陶瓷用于增強熱防護系統性能，通過3D打印提升陶瓷部件的制造能力并降低制造成本，有望為該領域帶來突破性進展。
參考來源：
[1]鄧啟文等.3D 打印技術對武器裝備發展的影響
[2]劉丹丹等.超高溫陶瓷涂層的研究進展
[3]嚴春雷等.超高溫陶瓷材料研究進展
（中國粉體網/山川）
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