Forscher des Purdue Applied Research Institute (PARI) arbeiten an der Herstellung von 3D-gedruckten dunklen Keramiken, die den extremen Bedingungen standhalten sollen, denen Hyperschallflugzeuge und -waffen ausgesetzt sind. Das Team nutzt dabei die Digital Light Processing (DLP)-Technologie, um hochkomplexe Bauteile herzustellen, die für die aerodynamische und thermische Belastung von Hyperschallanwendungen geeignet sind, wie das Purdue Applied Research Institute berichtet.
Fortschrittliche 3D-Drucktechnologie für Hochgeschwindigkeitsanwendungen
Die Entwicklung findet am Hypersonics Advanced Manufacturing Technology Center (HAMTC) statt, wo die Wissenschaftler spezielle DLP-3D-Drucker verwenden. Diese Geräte projizieren UV-Licht auf eine dünne Schicht eines keramischen Slurrys, der aus Pulver und Harz besteht. Durch das Aushärten einzelner Schichten entstehen präzise und glatte Bauteile.
Laut Rodney Trice, Professor an der School of Materials Engineering, ermöglicht dieser 3D-Druckprozess die Fertigung von komplexen Geometrien mit einer Präzision im Mikrometerbereich. Zu den bereits hergestellten Formen gehören beispielsweise scharfkantige Kegel und Halbkugeln, die für den Bau von Hyperschallflugzeugen benötigt werden.
Herausforderungen beim 3D-Druck dunkler Keramiken
Ein zentrales Problem bei der Verarbeitung dunkler Keramiken ist ihre hohe Absorption von UV-Licht, was den Aushärtungsprozess erschwert. Im Gegensatz zu helleren Materialien wie Aluminiumoxid, die das Licht reflektieren, absorbieren dunkle Keramiken das Licht, sodass die Härtungsschicht dünner ausfällt und die Bauzeit verlängert wird.
Das Forschungsteam arbeitet daher mit Experten für Harzsysteme und Oberflächenmodifikationen zusammen, um die Tiefenaushärtung zu verbessern. Laut Matthew Thompson, Doktorand im Bereich Werkstofftechnik, entwickeln sie neue Strategien, um Delamination oder Rissbildung während der Nachbearbeitung zu verhindern.
Das Projekt wird finanziert durch das Office of the Secretary of Defense Manufacturing Science and Technology Program und erfolgt in Zusammenarbeit mit der Naval Surface Warfare Center, Crane Division sowie der National Security Technology Accelerator’s Strategic and Spectrum Missions Advanced Resilient Trusted Systems.
Mit diesen Fortschritten in der additiven Fertigung von Hochleistungskeramiken könnte der 3D-Druck zukünftig eine Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Komponenten für Hyperschallflugzeuge und Waffensysteme werden. Über die weiteren Entwicklungen berichten wir auch zukünftig kostenlos im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).
