康奈尔大学和Lithoz赢得资助,为清洁能源反应堆开发新型3D打印陶瓷-金属3D打印工厂

康奈尔大学和Lithoz赢得资助,为清洁能源反应堆开发新型3D打印陶瓷-金属3D打印工厂插图

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       2022年9月5日,康奈尔大学与其初创公司Dimensional Energy和Lithoz共同获得了一笔资金,用于开发3D打印清洁能源反应器部件的新型陶瓷材料

     在筹集了5万美元的资金后,Lithoz公司的研究人员现在的目标是开发出一种新型的陶瓷,能够更好地承受热催化反应器运行时的高温。该团队说,利用计算机建模和3D打印,有可能将得到的材料分层成结构,专门用于提高弹性和反应器的二氧化碳转化率。

      领导该计划的康奈尔大学助理教授Sadaf Sobhani说:”陶瓷材料具有优秀的热性能和耐腐蚀性能,是制造这些反应器的绝佳材料,但重大的设计限制限制了它们的真实性能。陶瓷增材制造所带来的设计自由和材料选择将缩小理论-性能差距,以达到预期的里程碑。”

康奈尔大学和Lithoz赢得资助,为清洁能源反应堆开发新型3D打印陶瓷

△DimensionalEnergy公司在康奈尔麦戈文中心测试一个反应器。照片来自康奈尔大学。

Lithoz的LCM 3D打印技术

康奈尔大学的研究人员已经与Lithoz合作了至少两年,致力于改善热催化反应器部件的性能,这个合作伙伴在陶瓷3D打印方面有着广泛的背景。Lithoz的LCM 3D打印技术最初于2006年在维也纳科技大学开发,能够以超高的分辨率生产复杂的陶瓷结构。

在实践中,该工艺涉及将分散在陶瓷颗粒中的光固化材料逐层聚合成所需的形状,然后烧结这些材料以形成固体陶瓷部件。据Lithoz称,其方法生产出的部件能够达到或超过传统方法制造陶瓷部件的机械性能和可重复性 。

为了使这项技术商业化,Lithoz公司已将其集成到几台机器中,包括CeraFab Multi 2M30 3D打印机,该打印机具有多材料增材制造能力。在促进陶瓷-金属、陶瓷-聚合物和陶瓷-陶瓷组合的生产中,该系统允许创建具有混合机械性能的功能分级零件。

最近,Lithoz推出了CeraFab Lab L30,这是一款经济实惠的LCM 3D打印机,以及全新的CeraMax Vario V900,用于生产尺寸达250 x 250 x 290毫米的大型物体,具有厚壁和全密度。

多年来,Lithoz公司还试图提出新的陶瓷材料,作为扩展其技术应用的一种手段。例如,早在2019年,Lithoz与康宁公司一起开发了一种3D打印玻璃陶瓷,这在当时被誉为创造坚韧、生物相容的超导体的突破。

康奈尔大学和Lithoz赢得资助,为清洁能源反应堆开发新型3D打印陶瓷

△LithozCeraFab Multi 2M30。照片来自Lithoz。

由康奈尔大学领导的绿色能源倡议

FuzeHub是一家为促进纽约企业发展而成立的非营利组织,该公司提供的5万美元资金实际上是为了帮助Dimensional Energy公司的运营。这家由康奈尔大学经营的公司利用能源反应器将二氧化碳转化为化学品,随后可被加工成清洁的航空燃料。

虽然Dimensional Energy公司在6月获得了美国联合航空公司的支持,该公司提供了资金并承诺购买3亿加仑的燃料,但这家初创公司依赖于热催化技术,这种技术的规模可能很棘手。

这种专门的反应器通过转换捕获的二氧化碳有效地工作,但正如康奈尔大学自己所说,分裂气体的超强分子键是一件不容易完成的任务。为了优化这一过程,康奈尔大学领导的一个研究小组已经开始与行业伙伴合作,提出了3D打印陶瓷,它可以更有效地分解碳排放。

在之前的研究结果基础上,该团队与美国Lithoz公司合作开发了一种计算建模和基于3D打印的方法,他们现在计划创造出性能优化的反应器部件。在制造过程中,FuzeHub执行董事Elena Garuc认为,研究人员将通过提供更好的陆上清洁能源的途径来推动美国的经济。

Garuc解释说:”更强大的国内生产能够支持一个更有弹性的经济。在这一轮的制造业拨款中,许多被选中的项目涉及先进材料。在获奖者努力解决技术挑战的同时,他们也在支持生产的离岸外包,这对供应链的复原力至关重要,特别是在这个疫情大流行后的时代。”

康奈尔大学和Lithoz赢得资助,为清洁能源反应堆开发新型3D打印陶瓷

博世先进陶瓷公司开发的3D打印陶瓷微反应器的效果图。图片来自博世先进陶瓷公司。

陶瓷3D打印在实践中的应用        尽管传统陶瓷都具有一定的脆性,但研究人员和制造商正越来越多地找到绕过这一问题的方法,并试图将该材料3D打印成具有航空航天、能源甚至雷达应用的部件。

      2022年5月,法国航天局宣布,它正在调查3D打印在空间子系统优化中的应用。据该机构透露,它正在研究如何利用3D打印的氧化物陶瓷材料来改善空间推进的关键子系统的设计。        与Dimensional Energy有点类似,博世先进陶瓷公司与化学品公司巴斯夫和卡尔斯鲁厄理工学院一起,使用这种材料建造了世界上第一个3D打印陶瓷微反应器。该装置于2022年7月亮相,旨在容纳和促进化学反应,此外还能承受该过程中经常出现的极端条件。

去年年底,CerAMTec公司还透露,它看到对水下应用的3D打印压电声纳部件的需求正在上升。该公司为无源和有源系统生产定制的PZT部件,用于声学声纳的使用案例,尤其专注于半球、圆盘、块状和管状件的生产。

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