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只需一次充電即可行駛超過1,000英里的汽車和可以連續(xù)運(yùn)行幾天而無需充電的智能手機(jī)，這些都可能來自克萊姆森大學(xué)新的研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目將3D打印和激光加工結(jié)合在一起。Jianhua“Joshua”Tong和他的團(tuán)隊(duì)正在研究一種新的3D打印技術(shù)，該技術(shù)涉及快速激光加工，以創(chuàng)建“質(zhì)子陶瓷電解槽堆疊”，將電能轉(zhuǎn)化為氫氣，作為儲(chǔ)存能量的一種方式。

電解槽可具有多種用途，包括作為汽車中的燃料源或存儲(chǔ)由太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的能量。Tong說，新的激光三維打印技術(shù)將減少制造高壓電解槽的成本和時(shí)間。他說，這樣做不僅可以將制氫成本降低一半，而且可以將設(shè)備尺寸降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

Tong是材料科學(xué)與工程的副教授，正在從美國能源部的能源效率和可再生能源辦公室獲得160萬美元的研究。“我們的成功意味著我們可以提供可持續(xù)的清潔能源，”Tong說。“這是很棒的部分。我們正在將3D打印推向新的水平。”

如果研究人員使用電解槽取得成功，同樣的技術(shù)可以用于3D打印其他類型的陶瓷產(chǎn)品，包括電池和太陽能電池。例如，該技術(shù)可能導(dǎo)致高密度電池，允許智能手機(jī)一次保持充電幾天，他說。

Tong的項(xiàng)目是越來越多的研究，旨在使用3D打印來改變產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。在3D打印中，產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)，然后一次打印一層，這些層堆疊在一起以形成產(chǎn)品。

高中教室中常見的微波級(jí)三維打印機(jī)采用塑料打印。先進(jìn)制造業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)是如何以其他類型的材料經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行印刷。對(duì)于Tong來說，重點(diǎn)是陶瓷。當(dāng)常規(guī)制造時(shí)，陶瓷必須在高溫爐中燒結(jié)，通常持續(xù)數(shù)小時(shí)。不同類型的陶瓷需要在不同溫度下燒結(jié)。

電解槽需要四種不同類型的陶瓷，這使得燒結(jié)成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。在Tong的項(xiàng)目中，一臺(tái)3-D打印機(jī)放下一層陶瓷，同時(shí)激光燒結(jié)它，無需使用熔爐。該技術(shù)將允許用戶在不使用爐子的情況下對(duì)由四種不同類型的陶瓷制成的電解器進(jìn)行3D打印。它類似于制作具有許多層的蛋糕并且每層具有不同的風(fēng)味。

該技術(shù)可以打開新產(chǎn)品的3D打印及其帶來的所有優(yōu)勢(shì)。例如，汽車燃料電池堆的設(shè)計(jì)可以通過電子郵件發(fā)送到數(shù)千英里以外的工廠，并且可以在幾小時(shí)內(nèi)打印，而不是等待數(shù)天的交付，Tong說。該項(xiàng)目匯集了克萊姆森材料科學(xué)與工程系的四名教師。Tong是該項(xiàng)目的主要調(diào)查員，而Hai Xiao，Kyle Brinkman和Fei Peng是聯(lián)合首席調(diào)查員。

該部門主席Rajendra Bordia表示，該研究增強(qiáng)了克萊姆森幫助創(chuàng)造更可持續(xù)的能源轉(zhuǎn)換方式的努力。“材料科學(xué)與工程系的獨(dú)特定位是在利用電解技術(shù)為可再生能源運(yùn)輸創(chuàng)造能源方面發(fā)揮主導(dǎo)作用，”他說。“從事這個(gè)項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)代表了相關(guān)領(lǐng)域的世界級(jí)專業(yè)知識(shí)，包括用于能量轉(zhuǎn)換，激光加工，增材制造和陶瓷加工的陶瓷材料和設(shè)備。”

工程，計(jì)算和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院院長Anand Gramopadhye表示，該項(xiàng)目建立在克萊姆森在先進(jìn)制造研究方面的卓越表現(xiàn)之上。“獎(jiǎng)項(xiàng)的數(shù)量證明了進(jìn)入研究的創(chuàng)新理念和頂尖人才，”Gramopadhye說。“我祝賀唐博士和他的團(tuán)隊(duì)獲得補(bǔ)助金。”