پرینت سه بعدی دنیای جدیدی از امکانات را برای زمینه پروازهای مافوق صوت ارائه می دهد، مانند ترکیب لوله های خنک کننده به طور مستقیم در ساختار یک وسیله نقلیه. اندرو وسمن، استادیار علوم و مهندسی مواد دانشگاه آریزونا، می‌گوید: «برای مثال، در آهنگری، یک تکه فلز را برمی‌دارید، آن را گرم می‌کنید و آن را به شکلی که می‌خواهید له می‌کنید. اگر سعی کنید همان ماده را بگیرید، می توانید آن را به صورت پودر درآورید و سپس با آن چاپ کنید. و خوب چاپ می‌شود، اما واقعاً مطلوب نیست.»
پیش از این، بسیاری از متخصصان فلزات AM از آلیاژهای فلزی استفاده می کردند که در ابتدا برای فرآیندهای تولید سنتی ساخته شده بودند. به عنوان مثال، آلیاژ Inconel 718 که در دهه 1950 به طور خاص برای آهنگری ساخته شد، دارای ترکیبی از عناصر مانند نیکل، کروم و آهن است که برای ایجاد حداکثر استحکام طراحی شده است. اما همچنین دارای عناصری است که باعث می شود مواد، هنگام پردازش از طریق AM، شکننده شوند.
Wessman و Tin با هم بیش از دوجین اختراع در زمینه توسعه آلیاژ دارند. آن‌ها همچنین برای همکاری با دیگر متخصصان در یک مکان عالی هستند، زیرا دانشگاه آریزونا مرکز تحقیقات آریزونا برای هایپرسونیک است. محققان در مهندسی هوافضا و مکانیک روی پروژه‌هایی از جمله آزمایش‌های تونل باد با سرعت بالا و توصیف محیط‌های مافوق صوت کار می‌کنند. روبرتو فورفارو، پروفسور مهندسی صنایع و سیستم‌ها اخیراً از کنسرسیوم دانشگاه برای هایپرسونیک کاربردی کمک هزینه دریافت کرده است تا سیستم‌های هدایت، ناوبری و کنترل بهبودیافته را برای وسایل نقلیه خودرانی که با سرعت مافوق صوت کار می‌کنند، توسعه دهد. استاد علم و مهندسی مواد، اریکا کورال، متخصص مقیم دانشگاه در زمینه سرامیک های با دمای فوق العاده بالا است که برای مقاومت در برابر شرایط مافوق صوت طراحی شده اند.
به دلیل اصطکاک، اجسامی که با سرعت مافوق صوت حرکت می کنند دمایی تا 5000 درجه فارنهایت را تجربه می کنند. بنابراین، مقاومت در برابر حرارت یکی از حیاتی ترین ویژگی های آلیاژهایی است که تیم توسعه خواهد داد. این مواد همچنین باید در برابر اکسیداسیون و سایر فرآیندهای “سایه شدن” مقاوم باشند.
تین گفت: “ترکیب همه این قطعات به ما یک قابلیت منحصر به فرد از نظر زیرساخت برای تولید پیشرفته می دهد.” اگر بتوانیم مواد و آلیاژهایی را بسازیم که مخصوص فرآیند چاپ سه بعدی هستند، می‌توانیم شیمی آلیاژها را به گونه‌ای سفارشی کنیم که ویژگی‌هایی داشته باشند که چاپ سه بعدی را آسان‌تر یا دوستانه‌تر می‌کند.
Wessman و Sammy Tin، رئیس گروه علوم و مهندسی مواد در دانشکده مهندسی، آلیاژهای فلزی جدیدی ایجاد خواهند کرد که برای استفاده در فرآیند AM و مقاومت در برابر شرایط شدید پرواز مافوق صوت، به ویژه در دماهای بالا و سطوح استرس بهینه شده اند. .
در حالی که کار اولیه این تیم بر تولید مواد برای محیط‌های مافوق صوت متمرکز است، این تحقیق می‌تواند در زمینه‌های دیگر مانند ساخت قطعات با کارایی بالا برای موتورهای جت و موشک نیز اعمال شود.
به گفته دانشگاه آریزونادر عصری که قابلیت‌های مافوق صوت برای استراتژی‌های دفاع ملی اهمیت فزاینده‌ای دارد، دو تن از اساتید دانشگاه در حال توسعه مواد جدید برای اشیاء چاپ سه‌بعدی هستند که برای مقاومت در برابر دمای حاصل از این سرعت‌ها طراحی شده‌اند. کمک مالی 1.2 میلیون دلاری از سوی برنامه ابزارآلات تحقیقاتی دانشگاه دفاعی دفتر تحقیقات نیروی دریایی، مجموعه ای از تجهیزات جدید را برای حمایت از کار و کمک به مرکز تحقیقاتی هایپرسونیک آریزونا تامین می کند.
کمک مالی دفتر تحقیقات نیروی دریایی مجموعه ای از ابزارها، از جمله سیستم همجوشی بستر پودری را برای ذوب و ذوب پودرها تامین می کند. یک سیستم اتمیزه کردن گاز، که به فلز مایع مذاب اجازه می دهد تا در قطرات بسیار ریز مورد استفاده برای تولید پودر اسپری شود. یک کوره خلاء برای پردازش پس از اشیاء چاپ شده سه بعدی؛ و یک پراش سنج اشعه ایکس که می تواند ساختار داخلی اشیاء چاپ شده سه بعدی را بررسی و مشخص کند.
رابرت سی رابینز، رئیس دانشگاه آریزونا، گفت: «پرواز مافوق صوت و اکتشاف فضایی از بزرگترین نقاط قوت دانشگاه ما هستند، و هر دو به موادی نیاز دارند که بتوانند در محیط های شدید مقاومت کنند. من مفتخرم که اعضای هیأت علمی مانند سامی تین و اندرو وسمن در این حوزه حیاتی کار می کنند و سطح چشمگیر دانشگاه آریزونا را در تولید پیشرفته بالا می برند.
سرامیک‌ها نسبت به فلز در برابر حرارت مقاوم‌تر هستند، بنابراین وسایل نقلیه مافوق صوت اغلب با سرامیک‌های تخصصی پوشانده می‌شوند که می‌توانند دماهای بسیار بالا را تحمل کنند. اما وسایل نقلیه عمدتاً از فلز ساخته شده اند که کمتر شکننده است و بهتر می تواند بارهای مکانیکی را تحمل کند.
تین گفت: «زیر سرامیک، باید فلز باشد. “اگر ما بتوانیم قابلیت‌های دمایی این سازه‌های فلزی را بهبود بخشیم، مزایای طراحی و عملکرد قابل توجهی را ارائه می‌کنیم.”