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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)運行幾天而無需充電的智能手機，這些都可能來自克萊姆森大學新的研究項目，該項目將3D打印和激光加工結(jié)合在一起。Jianhua“Joshua”Tong和他的團隊正在研究一種新的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由太陽能和風能產(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)備尺寸降低一個數(shù)量級。

Tong是材料科學與工程的副教授，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)可能導致高密度電池，允許智能手機一次保持充電幾天，他說。

Tong的項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)品在計算機上設(shè)計，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三維打印機采用塑料打印。先進制造業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)是如何以其他類型的材料經(jīng)濟高效地進行印刷。對于Tong來說，重點是陶瓷。當常規(guī)制造時，陶瓷必須在高溫爐中燒結(jié)，通常持續(xù)數(shù)小時。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)成為一項挑戰(zhàn)。在Tong的項目中，一臺3-D打印機放下一層陶瓷，同時激光燒結(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由四種不同類型的陶瓷制成的電解器進行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。例如，汽車燃料電池堆的設(shè)計可以通過電子郵件發(fā)送到數(shù)千英里以外的工廠，并且可以在幾小時內(nèi)打印，而不是等待數(shù)天的交付，Tong說。該項目匯集了克萊姆森材料科學與工程系的四名教師。Tong是該項目的主要調(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。“材料科學與工程系的獨特定位是在利用電解技術(shù)為可再生能源運輸創(chuàng)造能源方面發(fā)揮主導作用，”他說。“從事這個項目的團隊代表了相關(guān)領(lǐng)域的世界級專業(yè)知識，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，計算和應用科學學院院長Anand Gramopadhye表示，該項目建立在克萊姆森在先進制造研究方面的卓越表現(xiàn)之上。“獎項的數(shù)量證明了進入研究的創(chuàng)新理念和頂尖人才，”Gramopadhye說。“我祝賀唐博士和他的團隊獲得補助金。”