2022年4月21日，航天器材料不僅性能要求先進(jìn)——它們還必須承受高水平的熱量、摩擦和壓力等。為了克服這些挑戰(zhàn)，建造航天器及其不同部件需要堅固耐用的材料。最近，美國宇航局格倫研究中心的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)(fā)了一種革命性的金屬合金，該合金有可能使航天器和噴氣發(fā)(fā)動(dòng)機部件在極端條件下更加高效和可靠。

△渦輪發(fā)(fā)動(dòng)機燃燒器（燃料-空氣混合器）是由NASA Glenn使用3D打印而成。圖片來(lái)自美國國家航空航天局

新合金是在NASA 航空研究任務(wù)理事會(huì ) (ARMD) 運營(yíng)的轉型工具和技術(shù) (TTT) 項目下使用3D打印制造的。TTT 一直參與為NASA開(kāi)發(fā)(fā)各種其他高科技計算和實(shí)驗技術(shù)。GRX-810可以持續(xù)承受超過(guò)1090°C的高溫?？捎糜謚圃旎鵂蜏u輪發(fā)(fā)動(dòng)機，并應用于運載火箭、洲際彈道導彈、導彈、商用噴氣發(fā)(fā)動(dòng)機、高超音速等等。它還繼承了NASA及其噴氣推進(jìn)實(shí)驗室的其他開(kāi)創(chuàng )(chuàng)性工作，例如用于發(fā)(fā)動(dòng)機的GRCo-84銅合金。

NASA指出GRX-810還具有以下特點(diǎn)，

*抗壓強度是之前的二倍

*合金的拉伸力/彎曲靈活性是以前的三倍半

*在高溫應力下的耐久性超過(guò)1000倍

“開(kāi)發(fā)(fā)納米級氧化物顆粒合金具獲得難以置信的性能優(yōu)(yōu)勢。這一突破對于材料開(kāi)發(fā)(fā)來(lái)說(shuō)是革命性的。更堅固、更輕的材料將為美國宇航局未來(lái)發(fā)(fā)展起到重要的意義。以前，抗拉強度的提高通常會(huì )降低材料在斷裂前的拉伸和彎曲能力，現在的新合金已不在擔心這個(gè)問(wèn)題，”NASA Glenn轉型工具和技術(shù)項目副項目經(jīng)理Dale Hopkins說(shuō)。

△軋制合金特種金屬。圖片來(lái)自Pexels

這一消息對于3D打印行業(yè)(yè)來(lái)說(shuō)具有雙重意義，因為GRX-810合金它可以用3D打印制造。NASA使用該技術(shù)“將納米級氧化物均勻地分散在整個(gè)合金中，從而提供更好的高溫性能和耐用性能”?，F在，NASA能夠以更低的成本和更可控的方式獲得ODS材料。如果用傳統工藝，需要使用球磨方法來(lái)制造。然而，現在僅使用3D打印和靜電沉積等方法，就可以設計出比其他方法制造方法性能更高的合金。實(shí)際上，3D打印還可以使這些材料更加通用，并使工程師實(shí)現更為優(yōu)(yōu)化的設計想法。

通過(guò)3D打印技術(shù)，NASA可以快速實(shí)現自己的想法?；羝战鹚拐f(shuō)：“過(guò)去需要數年的試錯過(guò)程，現在僅需數周或數月即可實(shí)現?！?除了3D打印，該機構還透露熱力學(xué)建模也是他們可以加速獲得GRX-810材料的關(guān)鍵點(diǎn)。其中計算熱力學(xué)用于建模和預測能源系統、燃燒和合適合金的開(kāi)發(fā)(fā)。目前，3D打印已經(jīng)發(fā)(fā)展了幾十年，美國宇航局肯定會(huì )廣泛使用它，桑迪亞國家實(shí)驗室等其他政府機構也是如此。

△NASA航天器示意圖。圖片來(lái)自3dprint

應用這兩種工藝大大加快了我們材料開(kāi)發(fā)(fā)的速度。我們現在可以任何時(shí)候更快、性能更好地生產(chǎn)新材料，”NASA 材料科學(xué)家Tim Smith說(shuō)。3D打印不僅僅是一種生產(chǎn)技術(shù)，它還充當了一種材料發(fā)(fā)現工具。該技術(shù)再次在高超音速競賽的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)(fā)揮作用，它或許可以成為高超音速滑翔飛行器開(kāi)發(fā)(fā)下一代新材料的關(guān)鍵技術(shù)，特別是用于發(fā)(fā)動(dòng)機和蒙皮部件。

3D打印以前曾用于創(chuàng )(chuàng)建獨特的微觀(guān)結構和宏觀(guān)結構，但現在它可以在設計結構和零件之前設計材料本身。這可能意味著(zhù)增材制造可以成為一個(gè)材料開(kāi)發(fā)(fā)平臺，并且為精確應用設計更為適合的材料，這個(gè)方向可能比我們許多人想象的要走得更遠。

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