Gốm in 3D làm vỏ máy bay siêu thanh

Với khả năng chịu nhiệt lên đến 1.700 độ C, gốm in 3D là vật liệu hoàn hảo để chế tạo những chiếc máy bay siêu thanh, tên lửa và tàu vũ trụ thế hệ mới.

Theo Discovery News, các nhà khoa học Mỹ ứng dụng máy in 3D để tạo ra các bộ phận tùy ý bằng gốm với đặc điểm siêu nhẹ, độ bền cao, tính cách nhiệt tốt và ít rạn nứt. Kết quả này giúp mở ra một thế hệ máy bay phản lực mới có thân hoặc động cơ làm bằng vật liệu gốm, có thể bay với tốc độ siêu thanh từ New York đến Tokyo trong một vài giờ.

Gốm in 3D chịu được nhiệt độ 1.700 độ C. (Ảnh: yibana).

"Nếu bạn đi nhanh gấp khoảng 10 lần tốc độ âm thanh trong không khí, bất cứ phương tiện nào cũng sẽ nóng lên do ma sát", Tobias Schaedler, nghiên cứu viên cao cấp tại Phòng thí nghiệm HRL ở Malibu, California, Mỹ, cho biết. "Nếu chúng ta muốn chế tạo một phương tiện di chuyển với tốc độ siêu thanh thì lớp vỏ của nó phải được làm hoàn toàn bằng gốm cách nhiệt".

Chế tạo các chi tiết từ vật liệu gốm khó khăn hơn nhựa và kim loại vì chúng không thể được đúc hoặc gia công một cách dễ dàng. Theo kết quả nghiên cứu công bố trên tạp chí Science hôm 1/1, Schaedler và các đồng nghiệp phát minh một công thức nhựa có thể in 3D thành các chi tiết với hình dạng và kích thước bất kỳ.

"Chúng tôi tạo ra một loại tiền chất của gốm có thể in được như polyme, sau khi thiêu kết, vật liệu polyme này sẽ chuyển hóa thành gốm", Schaedler giải thích. "Có một số co rút xảy ra khi thiêu kết, nhưng nó có tính đồng nhất nên rất dễ dự đoán hình dáng thiết kế".

Tàu con thoi sử dụng vật liệu gốm thế hệ cũ bên dưới lớp vỏ để cách nhiệt khi quay trở lại bầu khí quyển nhưng lớp gốm này rất dễ vỡ và thường xuyên phải thay thế. (Ảnh: NASA).

Chi tiết nhựa sau khi in sẽ được thiêu kết, biến thành gốm đặc với độ bền cao. Vật liệu gốm này chịu được nhiệt độ lên tới 1.700 độ C và bền hơn 10 lần so với các vật liệu tương tự khác.

Trong những ứng dụng quan trọng hơn, phương pháp mới cho phép sản xuất nhiều bộ phận nhỏ đặc biệt của vệ tinh và tên lửa, có khả năng chịu nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát với không khí ở tốc độ cao, cũng như nhiệt độ cao tạo ra bởi khí thải khi cất cánh.

"Phương pháp này đưa chúng ta đến gần hơn mục tiêu chế tạo thành công những vật liệu nhẹ hơn, bền hơn, ở những hình dạng phức tạp hơn", Stefanie Tompkins, đại diện Cơ quan các dự án phòng thủ tiên tiến trực thuộc Bộ quốc phòng Mỹ (DARPA), nhận xét.