供稿人:魯陽 李滌塵 發(fā)布日期：2018-05-18
過去30年內(nèi)，在汽車尾氣排放系統(tǒng)中引入催化劑的技術(shù)有效的降低了汽車尾氣對空氣環(huán)境的污染，現(xiàn)在最常見的催化劑載體為宏觀蜂窩結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的排氣流近乎為層流狀，催化效率較低。相關(guān)研究表明，多孔材料制成的具有周期性復(fù)雜曲折流道結(jié)構(gòu)的的催化劑載體可以提高單位體積內(nèi)催化劑的催化效率，陶瓷材料可以實現(xiàn)多孔的要求，但傳統(tǒng)的制造技術(shù)難以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)催化劑載體的制造。而增材制造技術(shù)可以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造。
瑞士南方應(yīng)用科技大學(xué)的Oscar Santoliquido等人對陶瓷漿料光固化3D打印技術(shù)在汽車尾氣催化劑載體制造中的應(yīng)用進行了系統(tǒng)的研究（光固化3D打印工作原理如圖1所示），探究了陶瓷漿料配方、CAD設(shè)計、打印方向及素坯的后處理方式對結(jié)構(gòu)件機械性能的影響。
圖1 光固化3D打印工作原理示意圖
該研究對陶瓷漿料的粘度、沉降行為、及粉末尺寸等參數(shù)進行了優(yōu)化，并選擇了可以使陶瓷顆粒更均勻分布的分散劑，研究發(fā)現(xiàn)樹脂在整個厚度上固化的均勻程度可以影響打印素坯的燒結(jié)性能。光固化打印出的樹脂陶瓷漿料素坯SEM微觀形貌如圖2所示。
圖2 光固化3D打印陶瓷素坯SEM形貌
該項技術(shù)通過選用合適的陶瓷漿料粘結(jié)劑種類、粒度大小及顆粒表面積，使打印后的素坯獲得了良好的燒結(jié)性能，再配合優(yōu)化后的熱處理方式，使最終結(jié)構(gòu)件擁有了良好的多孔結(jié)構(gòu)及機械性能。另外，打印出的階梯效應(yīng)可以增加涂層的附著效果。打印出樣件如圖3所示。
圖3 打印出的催化劑載體樣件
據(jù)作者所知，這是汽車領(lǐng)域首次采用該種結(jié)構(gòu)，使用光固化3D打印技術(shù)可使該結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計及生產(chǎn)更加高效，且打印出的構(gòu)件在某個取向具有較佳的抗壓強度。該研究在降低汽車尾氣排放對空氣的污染方面具有重要意義。