当前位置:

OFweek激光网

激光设备与仪器

正文

增材制造从实验室迈向战争前线

导读: 1986年,通过美国国防部预先研究计划局(DARPA)的项目,增材制造(AM)诞生在3D系统公司的机床上。30年后的今天,它已从实验室转移到战争前线应用。

1986年,通过美国国防部预先研究计划局(DARPA)的项目,增材制造(AM)诞生在3D系统公司的机床上。30年后的今天,它已从实验室转移到战争前线应用。

前沿部署

美国的国防设施在20世纪90年代就开始使用AM技术。目前由于技术更加可靠并且拥有更好的材料,美国国防部决定直接使用这些技术,所有部门现在实施的计划不仅要在系统研制中使用AM,而是在关键区域的前沿部署。

美国海军计划使用AM在三个不同层级提升机队维修和使用。第一层是组织层,AM将用在中队层级进行使命任务保障,即飞行器服务和零件替换;第二层级是机队完好性中心的中间层,AM将制造发动机组件,执行预定的维修和在役修理;第三层级是机库层级,AM将辅助预定的维修、修改、在役修理、驻地小队在役修理和制造。

海军有9个配备AM技术的机队完好性中心(FRC),5个在东海岸,3个在西海岸,1个在日本。FRC在几个地方使用AM,如钣金模具中成形块以及拉伸和橡皮囊压力组件,他们还在配合成形和快速原型中使用传统AM。FRC使用熔融沉积成形(FDM)制造车间模具导引、工装和夹具。AM软件可以基于CAD外形和使用的CNC机床,自动地创建工装和夹具的AM文件,现在可以一夜之间实施快速重构,以满足新的使命任务需求。AM机床还生产复合材料零件,FRC也生产复合材料工具。

最终用途零件

使用AM最重要的应用就是最终用途零件。有两类应用:一被描述为近期在制品,即用于快速修补或使命任务修改的零件;二是长期组件,使用金属AM机床由钛、钴铬和钢合金制造的零件。美军在未来规划中着重强调这一点。国防部合同详细规定零件要包含替换零件的AM文件,以及零件建造参数和后处理程序。

2017年1月23日,在加州北岛的海军航空站演示了这些AM能力。材料工程师演示了一个修理飞行器组件的冷喷涂工艺。这项增材、固态热喷涂工艺可以修复组件已经因腐蚀、磨损或机械损伤而丢失的关键外形特征。其他增材技术如激光涂覆也正研究用于修理关键零件。

美国陆军长期在其基地使用AM,并且首次在战斗中使用了3D打印,2012年5月,在阿富汗部署了快速设备部署(REF)实验室用于快速原型。REF实验室已经取得成功,几日内就能拿出快速原型方案解决难题。比如,士兵面临一个地雷探测系统上的电池寿命问题,电池可支撑6~8小时,但在炎热的阿富汗只能工作1小时。一个士兵来到实验室6个小时,工程师就创造了一个适配器,连接电池并允许其由任何军用标准电池充电,将电池寿命增加至48小时。

不过,AM技术在原型交付中的最初使用仍是其最佳作用之一,不仅试验新设计,而是通过同时尝试多种解决方案以利用工程师和士兵的全部智商。

按需应用

陆军装备研发与工程中心(ARDEC)和埃奇伍德生化中心(ECBC)正进行重要的AM工作。快速技术和检测部门表示:“20多年来ECBD在外形、配合和功能原型上通过快速产品开发的所有阶段探索AM的好处。随着AM的持续成熟以及对该技术性能的不断信任,国防部正实验在战场上按需应用AM。这个实施AM的范式转移有减少供应链负担并维持完好性水平的潜力。”

在ECBC,研究人员在实验室中与许多高端AM机床一同工作,设计可打印的军用炸弹探测器支架。陆军ECBC生产了上千款可用来减轻士兵负担的支架。“事实上,一周之内,我们可以设计许多并将它们打印出来交付到士兵手中,让陆军选择最好的。”

安妮斯顿陆军仓库使用定向能沉积AM,称作激光近净成形(LENS),以修理M1A1坦克的补偿悬臂。由于只有受损表面使用一个耐磨材料修理,对原始零件热效应最小,成本大大节省。悬臂的替换成本是2000美元,修理成本是750美元,一个臂就节省1250美元。陆军的AM工作由陆军有机工业基础战略计划(AOIBSP)指导,它尝试提供一个高度响应和成本高效的复杂组织体。当前,AOIBSP只覆盖了陆军5个主要的维修仓库和3个制造兵工厂。

空军近些年在大部分AM开发中处于领先,空军及其承包商报道过许多喷气飞机组件的增材制造事件。但是空军还有其他重要的AM计划,如定制化制造复杂几何外形特征的小批量零件,帮助维持大龄飞行器机队,定制工具、发动机组件和轻量化零件可以实现更好的维修和飞行器长寿。空军最近报道称AM可以解决多种挑战,计划在后勤群体中实施这些工艺。空军认识到机队逐渐老化,30年前建造的飞机其替换零件不存在,快速生产少量难找到的零件极为有价值且成本效率高,3D成像和相关软件已经成熟,零件可以被扫描、翻译为精确的CAD模型然后3D打印出来。

1  2  下一页>  
声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,除OFweek官方账号外,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

  • 激光工程
  • 研发工程
  • 光学工程
  • 猎头职位
更多
文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: