普渡应用研究所（PARI）的研究人员正在开发工艺，利用3D打印技术将耐高温陶瓷材料制成复杂形状，用于高超音速飞行器部件。这些材料能够在高超音速飞行的严酷条件下保持稳定，目标是以大规模生产的方式提高效率和性能。

材料工程学院的Rodney Trice教授以及PARI高超音速先进制造技术中心（HAMTC）陶瓷加工负责人正在领导这项工作，以增强这些材料用于增材制造的能力。

“深色陶瓷是高超音速飞行器部件的理想材料，因为它们在极端大气条件下更不容易开裂或退化。为了制造高超音速陶瓷部件，Trice和他的团队使用位于HAMTC的数字光处理（DLP）3D打印机。

“这使你能够生产出具有非常光滑表面和微米级精度的复杂设计和几何形状，”Trace说。“通过这一过程，我们成功地打印出了多种形状，如尖锥和半球体，这些形状用于建造高超音速飞行器。”

3D打印深色陶瓷的挑战在于它们的颜色如何与3D打印机投射的紫外线相互作用。像氧化铝这样的浅色陶瓷会反射和散射光线，从而一次性固化整个层。而深色陶瓷则倾向于吸收光线，因此会阻碍固化过程。

“由于深色粉末吸收了固化材料所需的紫外线，我们无法形成较厚的层，”Trice说。“因此，我们得到的固化深度太薄，这反过来又对构建每个部件所需的时间产生了负面影响。”

材料工程博士候选人、国家国防科学与工程研究生奖学金获得者Matthew Thompson和HAMTC的陶瓷研究工程师Dylan Crump一直在与Trice合作，研究树脂体系、表面处理和其他方法，以增加固化深度。

“我们基本上一直作为这些材料的研发试验台，”Thompson说。“我们一直在调整性能并进行表面改性，以提高它们的性能并增强打印过程。”

Trice、Thompson和Crump也在努力消除后处理阶段可能出现的问题，随着打印部件尺寸的增加，这一阶段变得更加具有挑战性。对于较大的部件，分层或开裂等问题的风险更高。他们希望确保这些风险不会在部件从小型打印机转移到大型打印机时危及部件。

“我们试图找到解决方案，看看我们如何能够建立一个生产这些部件的流程，或者找到实际利益相关者可以使用的策略，”Thompson说。“因此，这为人们提供了一个起点，以节省任何新系统研发的时间。”

这一努力是国防部制造科学与技术计划资助的五个项目之一，与海军水面作战中心、Crane分部以及国家安全技术加速器的战略和频谱任务先进弹性可信系统合作。