康奈爾大學(xué)和Lithoz贏得資助，為清潔能源反應(yīng)堆開發(fā)新型3D打印陶瓷

2022年9月5日，南極熊獲悉，康奈爾大學(xué)與其初創(chuàng)公司Dimensional Energy和Lithoz共同獲得了一筆資金，用于開發(fā)可3D打印清潔能源反應(yīng)器部件的新型陶瓷材料。

在籌集了5萬美元的資金后，Lithoz公司的研究人員現(xiàn)在的目標(biāo)是開發(fā)出一種新型的陶瓷，能夠更好地承受熱催化反應(yīng)器運(yùn)行時的高溫。該團(tuán)隊(duì)說，利用計(jì)算機(jī)建模和3D打印，有可能將得到的材料分層成結(jié)構(gòu)，專門用于提高彈性和反應(yīng)器的二氧化碳轉(zhuǎn)化率。

領(lǐng)導(dǎo)該計(jì)劃的康奈爾大學(xué)助理教授Sadaf Sobhani說："陶瓷材料具有優(yōu)秀的熱性能和耐腐蝕性能，是制造這些反應(yīng)器的絕佳材料，但重大的設(shè)計(jì)限制限制了它們的真實(shí)性能。陶瓷增材制造所帶來的設(shè)計(jì)自由和材料選擇將縮小理論-性能差距，以達(dá)到預(yù)期的里程碑。"

△DimensionalEnergy公司在康奈爾麥戈文中心測試一個反應(yīng)器。照片來自康奈爾大學(xué)。

Lithoz的LCM 3D打印技術(shù)

康奈爾大學(xué)的研究人員已經(jīng)與Lithoz合作了至少兩年，致力于改善熱催化反應(yīng)器部件的性能，這個合作伙伴在陶瓷3D打印方面有著廣泛的背景。Lithoz的LCM 3D打印技術(shù)最初于2006年在維也納科技大學(xué)開發(fā)，能夠以超高的分辨率生產(chǎn)復(fù)雜的陶瓷結(jié)構(gòu)。

在實(shí)踐中，該工藝涉及將分散在陶瓷顆粒中的光固化材料逐層聚合成所需的形狀，然后燒結(jié)這些材料以形成固體陶瓷部件。據(jù)Lithoz稱，其方法生產(chǎn)出的部件能夠達(dá)到或超過傳統(tǒng)方法制造陶瓷部件的機(jī)械性能和可重復(fù)性 。

為了使這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化，Lithoz公司已將其集成到幾臺機(jī)器中，包括CeraFab Multi 2M30 3D打印機(jī)，該打印機(jī)具有多材料增材制造能力。在促進(jìn)陶瓷-金屬、陶瓷-聚合物和陶瓷-陶瓷組合的生產(chǎn)中，該系統(tǒng)允許創(chuàng)建具有混合機(jī)械性能的功能分級零件。

最近，Lithoz推出了CeraFab Lab L30，這是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的LCM 3D打印機(jī)，以及全新的CeraMax Vario V900，用于生產(chǎn)尺寸達(dá)250 x 250 x 290毫米的大型物體，具有厚壁和全密度。

多年來，Lithoz公司還試圖提出新的陶瓷材料，作為擴(kuò)展其技術(shù)應(yīng)用的一種手段。例如，早在2019年，Lithoz與康寧公司一起開發(fā)了一種3D打印玻璃陶瓷，這在當(dāng)時被譽(yù)為創(chuàng)造堅(jiān)韌、生物相容的超導(dǎo)體的突破。

△LithozCeraFab Multi 2M30。照片來自Lithoz。

由康奈爾大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的綠色能源倡議

FuzeHub是一家為促進(jìn)紐約企業(yè)發(fā)展而成立的非營利組織，該公司提供的5萬美元資金實(shí)際上是為了幫助Dimensional Energy公司的運(yùn)營。這家由康奈爾大學(xué)經(jīng)營的公司利用能源反應(yīng)器將二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)品，隨后可被加工成清潔的航空燃料。

雖然Dimensional Energy公司在6月獲得了美國聯(lián)合航空公司的支持，該公司提供了資金并承諾購買3億加侖的燃料，但這家初創(chuàng)公司依賴于熱催化技術(shù)，這種技術(shù)的規(guī)�？赡芎芗�手。

這種專門的反應(yīng)器通過轉(zhuǎn)換捕獲的二氧化碳有效地工作，但正如康奈爾大學(xué)自己所說，分裂氣體的超強(qiáng)分子鍵是一件不容易完成的任務(wù)。為了優(yōu)化這一過程，康奈爾大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組已經(jīng)開始與行業(yè)伙伴合作，提出了3D打印陶瓷，它可以更有效地分解碳排放。

在之前的研究結(jié)果基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)與美國Lithoz公司合作開發(fā)了一種計(jì)算建模和基于3D打印的方法，他們現(xiàn)在計(jì)劃創(chuàng)造出性能優(yōu)化的反應(yīng)器部件。在制造過程中，F(xiàn)uzeHub執(zhí)行董事Elena Garuc認(rèn)為，研究人員將通過提供更好的陸上清潔能源的途徑來推動美國的經(jīng)濟(jì)。

Garuc解釋說："更強(qiáng)大的國內(nèi)生產(chǎn)能夠支持一個更有彈性的經(jīng)濟(jì)。在這一輪的制造業(yè)撥款中，許多被選中的項(xiàng)目涉及先進(jìn)材料。在獲獎?wù)吲�力解決技術(shù)挑戰(zhàn)的同時，他們也在支持生產(chǎn)的離岸外包，這對供應(yīng)鏈的復(fù)原力至關(guān)重要，特別是在這個疫情大流行后的時代。"

△博世先進(jìn)陶瓷公司開發(fā)的3D打印陶瓷微反應(yīng)器的效果圖。圖片來自博世先進(jìn)陶瓷公司。

陶瓷3D打印在實(shí)踐中的應(yīng)用

盡管傳統(tǒng)陶瓷都具有一定的脆性，但研究人員和制造商正越來越多地找到繞過這一問題的方法，并試圖將該材料3D打印成具有航空航天、能源甚至雷達(dá)應(yīng)用的部件。

2022年5月，法國航天局宣布，它正在調(diào)查3D打印在空間子系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用。據(jù)該機(jī)構(gòu)透露，它正在研究如何利用3D打印的氧化物陶瓷材料來改善空間推進(jìn)的關(guān)鍵子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

與Dimensional Energy有點(diǎn)類似，博世先進(jìn)陶瓷公司與化學(xué)品公司巴斯夫和卡爾斯魯厄理工學(xué)院一起，使用這種材料建造了世界上第一個3D打印陶瓷微反應(yīng)器。該裝置于2022年7月亮相，旨在容納和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，此外還能承受該過程中經(jīng)常出現(xiàn)的極端條件。

去年年底，CeramTec公司還透露，它看到對水下應(yīng)用的3D打印壓電聲納部件的需求正在上升。該公司為無源和有源系統(tǒng)生產(chǎn)定制的PZT部件，用于聲學(xué)聲納的使用案例，尤其專注于半球、圓盤、塊狀和管狀件的生產(chǎn)。