科学家利用废油中的碳纳米纤维加强了航空航天的3D打印

俄罗斯 国立科学技术大学 （NUST）的科学家已经开发出一种纳米碳添加剂，用于从废油中提取铝粉，以改善航空航天复合材料的3D打印。

科学家能够将3D打印的铝制零件的硬度提高1.5倍，并显着降低其孔隙率，从而为提高航空和航天工业中应用的铝制零件的安全性铺平了道路。

NUST MISIS实验室负责人兼教授亚历山大·格罗莫夫（Alexander Gromov）表示：“通过向基质中引入其他成分来改变印刷用粉末的化学和相组成，可以改善其性能。” “特别是，碳纳米纤维具有高导热性，这有助于在选择性激光熔化阶段在产品合成过程中最小化印刷层之间的温度梯度。

“由于此，材料的微观结构几乎可以从不均匀性中消除。”

在铝粉中添加碳纳米纤维

尽管3D打印钛部件具有高强度/重量比的优势，因此在航空航天，医疗和汽车行业受到青睐，但 铝3D打印技术的发展却意味着航天和航空领域是该技术的主要应用领域。

使用铝粉生产用于这些应用的高科技零件所面临的挑战之一是其高孔隙率，这可能导致印刷结构内的缺陷，因此带来安全隐患。为了解决这个问题，来自MISIS Catalis Lab的科学家建议将碳纳米纤维添加到铝粉中，以提高打印时材料的均匀性和密度。

科学家使用化学沉积，超声处理和红外（IR）热处理等技术，合成了纳米碳添加剂，这些添加剂需要作为相关的石油天然气加工或废油的副产品。在废油的催化分解过程中，碳以纳米纤维的形式积聚在催化剂的分散金属颗粒上，科学家们获得了碳并将其用于技术开发。

通过将碳纳米纤维与铝粉结合在一起，科学家可以将用该材料印刷的产品的硬度提高1.5倍，并确保该材料具有低孔隙率特性。

该研究的更多细节可以在《复合通讯》杂志上发表的标题为“粉末状纳米复合材料'碳纳米管/纳米氧化铝'的原位合成和表征”的文章中找到。该研究由EL Dzidziguri，AA Vasiliev，A。Yu Nalivaiko，D。Yu Ozherelkov，NS Zakharova，AS Shinkeryov和AA Gromov共同撰写。

用新的金属粉末在3D打印机上打印的航空零件。图片来自Sergey Gnuskov / NUST MISIS。

航空航天铝材3D打印

尽管钛的强度大约是铝的六倍，但NUST MISIS的研究人员希望通过进一步开发新型复合粉末的选择性激光熔化（SLM）的最佳条件，使其特性与铝制成的组件相匹配。科学家们还致力于开发用于合成产品的后处理和工业用途的技术。

2018年，NUST MISIS开发了一种新的金属粉末成分，称为超高纯氧化铝（UHPA），可使铝部件的强度增加一倍。该团队已使用该材料通过SLM开发3D打印原型。从那时起，不断发展的技术和应用逐渐提高了该材料在航空航天应用中的生存能力。

一年后， 美国国家航空航天局（NASA）的 马歇尔太空飞行中心 （MSFC）成为了由HRL实验室 研究中心开发 的7A77铝制3D打印粉的第一个商业客户， 目的是探索3D打印在大规模打印中的潜力组件。此后不久，HRL研究人员开始与3D设计和工程软件公司 nTopology 和航空航天制造服务提供商 Morf3D的团队合作，探索7A77在传热和流动应用中的潜力。当时，77A7被认为是 迄今为止最强的增材 制造铝。

在其他地方，高性能材料制造商 QuesTek Innovations LLC 宣布与德国航空航天中心 （DLR）合作 开发新型铝合金3D打印机原料，而Metal AM专家 Amaero的 高性能3D打印铝合金Amaero HOT Al已进入国际专利批准的第四个也是最后一个阶段。

最近，德国金属3D打印机制造商 SLM Solutions 与跨国制造企业集团Honeywell的航空航天部门合作，  为3D打印铝F357生成参数集。据报道，这种材料有可能为更广泛的制造符合行业标准的3D打印飞机部件打开大门。

结样品3D打印舞会UHPA粉。图片来自NUST MISiS