航空发动机将用上3D打印复合材料结构件

日前，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）外宣布成功开发出可3D打印的航空级碳纤维复合材料，为在航空领域应用这种更好控制和更易优化的轻质、高强度材料奠定了基础。

2月28日，该研究成果在《Nature Scientific Reports》上发表，凸显出碳纤维微挤出3D打印技术发展的重大进步。碳纤维复合油墨从定制的直接油墨书写（DIW）3D打印机中挤出，最终构成火箭喷嘴的一部分。

LLNL实验室首席研究员、论文的第一作者Jim Lewicki解释，碳纤维复合材料通常以两种方式制造：通过将纤维物理地缠绕在心轴周围，或者将纤维编织成像柳条筐一样，导致成品限于平坦或圆柱形形状。由于性能问题，制造商还是倾向于过度使用材料，这样会使得部件更重，也更昂贵，并且超出必需而且更浪费。研究人员通过改进直接墨水书写3D打印机的打印过程，打印出了几个复杂的3D结构。Lewicki和他的团队还开发并获得了一种新的化学品，可以在几秒钟而不是几个小时内固化材料，并利用实验室的高性能计算能力发展了碳纤维丝流动的精确模型。

3D打印的能力为碳纤维提供了新的自由空间，研究人员表示，他们还能控制部件的微观结构。该材料也具有传导性，允许在结构内布设定向传热通道。研究人员透露，最终的材料可以用于制造高性能的飞机机翼，一侧绝缘、不需要在空间旋转的卫星组件，还有可以从身体吸收热量的可穿戴物。研究人员接下来将开始进行过程优化，找出放置碳纤维最佳位置以便最大限度提高性能。研究人员还与商业、航空航天和防务合作伙伴进行了探讨，以推进该技术的未来发展和应用。