3D打印光学气溶胶喷射技术可将传感器打印到航空航天部件上

XIAOZHONGMING

国外国防科技文献资料快报 [据engineering网站2015年11月16日报道] 喷气式飞机的维护费时费钱，但将传感器打印到航空航天部件上的一种新的3D打印方法有助于优化这一过程。凭借Optomec公司的气溶胶喷射技术，斯旺西大学的研究人员能将应变及光学蠕变传感器直接打印到喷气发动机压气机叶片表面上。利用传感器的激光检测系统和光学测量功能，研究者们能确定10纳米内的元件蠕变。威尔士打印与涂层中心（WCPC）的研究人员认为，这使得人们可以实时监测叶片工况，有助于提高燃油效率和发动机工作温度。

    气溶胶喷射过程：

    传感器的打印过程为：用一个弥雾发生器雾化导电纳米银墨水，然后在一个虚拟撞击器中精制导电纳米微粒；通过一个导流沉淀头，以空气动力聚集所得到微粒材料流，该材料流形成一个环状保护气流，对气溶胶进行校准。经由一个朝向基质的喷嘴从导流头流出的同轴气流，将材料流聚集到只有喷口尺寸的十分之一（10 μm）。基质保持不动，数控指令控制导流头的位置使材料流形成图案。沉淀头和基质间有5毫米距离，保证了材料在非平面的基质上、已有结构上方及沟槽内准确沉淀。在墨水沉淀后，热后处理使传感器具备正确的导电及力学特性，并保证其与基质的粘合力。研究人员还研究了用激光处理工艺对沉淀作局部处理的可行性，该处理使人们可以使用耐温性很低的基质材料。最终实现了薄至10纳米的高质量薄膜，其边沿精度和接近整体性较高。

    温度限制：

     尽管WCPC研究人员正使用的是250度下仍能保持稳定的纳米银墨水，但他们也在为高温（高达1200摄氏度）组件开发纳米铂墨水。这一进步非常重要，因为传感器的温度限制是航空航天业关注的重要问题。可以用于压气机叶片。或许是用于低压涡轮机叶片，但不是高压涡轮机叶片。”由于传感器与涡轮机叶片中已有的通气孔类似，所以问题在于压力而非空气动力学。”Ansys公司的涡轮机械工业副总裁哈钦森（Brad Hutchinson）评论道：“这些传感器肯定可以用于压气机叶片。或许是用于低压涡轮机叶片，但不是高压涡轮机叶片。”由于传感器与涡轮机叶片中已有的通气孔类似，所以问题在于压力而非空气动力学。”

    高压涡轮机作为下游部件紧靠着燃烧室，因此承受的温度最高。低压涡轮机承受的热量少些，压气机叶片承受热量更少，因此传感器也最有可能用于这些部件。但是，虽然传感器能使低压涡轮机和压气机叶片实现应力和蠕变度实时监测，，但是由于高压涡轮机叶片承受的应力和蠕变高于冷却器低压部分，传感器对于前者更有价值。（中国航天系统科学与工程研究院）