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美國防部鼓勵使用3D打印突破制造極限,促進高超聲武器從研發過渡到生產(轉)

閱讀次數:1586    ; 發布時間:2022-11-15

來源:3D打印技術參考

公眾號ID:AMReference


近日,3D打印技術(shu)參考(kao)注意(yi)到,美國國防部網站發(fa)布了一項最新的(de)制造(zao)技術(shu)提案,計劃使用增材制造(zao)技術(shu)來設計和制造(zao)能(neng)夠(gou)在(zai)極端條件下(xia)運行的(de)高(gao)超音速武器和車輛系(xi)統(tong)。


由于美國國防部的目標是在2023財年具備高超聲速武器部署能力,有關官員強調需要加強工業基礎并確保項目能夠從順利開發過渡到生產。通過一項名為“提高吸氣式高超聲速增材制造成熟度”(Growing Additive Manufacturing Maturity for Airbreathing Hypersonics,GAMMA-H)的(de)(de)計劃,將(jiang)相關材料和工藝用于制造超過5馬赫的(de)(de)飛行和機動(dong)系統部件。


美國國防部將邀請相關公司(無論大小)以及大學提交使用增材制(zhi)造開發高超聲速(su)部件的原型,使用計(ji)算機輔助設計(ji)軟件和先進材料來制(zhi)造相關產品。

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美(mei)鼓勵使(shi)用3D打(da)印突破制(zhi)造(zao)極限


目前,傳(chuan)統(tong)的(de)制(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)藝無(wu)法滿(man)足先進(jin)高超(chao)聲(sheng)(sheng)速武器(qi)所需的(de)復雜結(jie)構(gou)零件的(de)制(zhi)(zhi)造(zao)要(yao)求,GAMMA-H計劃將有助于推(tui)動增材制(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)藝的(de)應(ying)用(yong)與發展,以滿(man)足現代高超(chao)聲(sheng)(sheng)速空氣助燃系統所需的(de)推(tui)進(jin)和溫度要(yao)求。國防部制(zhi)(zhi)造(zao)技術(shu)項目辦公室副主任(ren)凱文(wen)德弗里斯表示,“我們(men)需要使用(yong)增材制造(zao)工藝制造(zao)的(de)材料(liao)來突破極限,科學已經證明(ming)這是可以做到的(de),但應用還不夠廣泛。GAMMA-H計劃將鼓勵繼續采(cai)用這一突破性的技術。”

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超燃沖壓發動機(ji)結


GAMMA-H計劃的目標不僅是通過增材制造減少需要檢查、運輸和制造單個零件的數量,而且還為(wei)小型企業和非傳統國(guo)防承(cheng)包(bao)商提供從事(shi)國(guo)防制造的機會凱文德弗里斯表(biao)示(shi),“GAMMA-H計劃將在增(zeng)材制(zhi)造如何應用于(yu)吸氣式高超聲速(su)飛行(xing)器的研發和制(zhi)造方面帶來重大(da)改進(jin)。只有通過大(da)、小(xiao)企業和學術界的合作才能(neng)實(shi)現,我(wo)們非常有興趣擴大合(he)作伙伴(ban)名單——各種規模的(de)——為高超聲速任務做(zuo)出貢獻。


美國正在鼓勵中(zhong)小(xiao)型制(zhi)(zhi)造基地參與所有先進制(zhi)(zhi)造實踐GAMMA-H計劃已于2022年10月發布。在制造商和制造商協會以及國家制造商協會的支持下,進行全國性的努力,促進制造實踐和工藝發展,全國各地要為培訓支持國內制造業所需的勞動力做出努力。


美高超聲速武器制造使用3D打印


美國高超聲速武器的研發有幾個主要的參與者,即波音、洛克希德·馬(ma)丁以及雷(lei)神,他(ta)們又分別有專(zhuan)門的(de)超燃沖壓發動機(ji)提供商。2021年(nian)6月,美國空軍(jun)向三家公司授(shou)予了(le)三份為期15個(ge)月(yue)的(de)合(he)同,以完(wan)成高(gao)超(chao)聲速巡航導彈的初步設計(ji)。


雷神的發(fa)動機(ji)提供商是諾格,在2019年第一次成功測試后,諾格公司負責先進項目和技術的副總裁約翰·威爾科克斯表示,諾格的整個超燃沖壓發動機都是使用先進材料進行3D打印的2022年7月,雷神宣布(bu)完成第二次(ci)高超(chao)音速武器(qi)飛行試驗,發動機依(yi)然(ran)由(you)諾格提供。


諾格(ge)(ge)正在(zai)完善一(yi)種改(gai)(gai)變(bian)游戲規則(ze)的(de)(de)快速(su)(su)制造工藝,以(yi)(yi)減(jian)少(shao)超過一(yi)半的(de)(de)成本和(he)時(shi)間生(sheng)產(chan)優質高(gao)溫材料。其可(ke)(ke)擴展的(de)(de)復合材料3D打印,能夠將連(lian)續纖維(wei)增強熱塑(su)性塑(su)料層(ceng)壓到部(bu)件中,滿足高(gao)超聲(sheng)速(su)(su)飛(fei)行器的(de)(de)獨特需求(qiu)。該(gai)技(ji)術對(dui)在(zai)數千度(du)高(gao)溫下(xia)運行的(de)(de)金屬(shu)部(bu)件至關重要(yao),保證零部(bu)件在(zai)極端溫度(du)下(xia)不會腐(fu)蝕、熔(rong)(rong)化(hua)或改(gai)(gai)變(bian)形狀。它們也比(bi)傳統使用的(de)(de)金屬(shu)更輕(qing),降低(di)了高(gao)超聲(sheng)速(su)(su)飛(fei)行器的(de)(de)重量,提高(gao)了性能。除此之外,金屬(shu)3D打印技(ji)術對(dui)于諾格(ge)(ge)來說同樣不可(ke)(ke)或缺(que),粉末床熔(rong)(rong)融和(he)基(ji)于擠(ji)出的(de)(de)技(ji)術都在(zai)被其研究和(he)使用。諾格(ge)(ge)增材制造研究員埃里克·巴恩(en)斯表示,“自2005年以(yi)(yi)來,我們一(yi)直在(zai)飛(fei)行器中使用3D打印零件,這一(yi)數量已經超過了5000個。


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雷(lei)神公(gong)司展(zhan)示(shi)的高(gao)超(chao)聲速武器


2022年(nian)7月,洛(luo)(luo)克(ke)(ke)希(xi)(xi)德·馬丁(ding)公司成(cheng)功測(ce)試(shi)了(le)兩枚高(gao)超聲速(su)巡航導彈(dan)。導彈(dan)從B52轟炸機(ji)(ji)上發射(she),以(yi)大于5馬赫的(de)(de)速(su)度(du)(du)飛行,飛行高(gao)度(du)(du)超過19812米,飛行距離超過482.8千(qian)米。2022年(nian)5月,洛(luo)(luo)克(ke)(ke)達(da)因被洛(luo)(luo)克(ke)(ke)希(xi)(xi)德·馬丁(ding)選(xuan)中提供動力,前者在超燃沖壓發動機(ji)(ji)的(de)(de)制造采用(yong)了(le)3D打印技術,并于今年(nian)4月成(cheng)功進(jin)行了(le)飛行測(ce)試(shi)。洛(luo)(luo)克(ke)(ke)達(da)因表示(shi),通過使用(yong)創新(xin)的(de)(de)制造技術和材料,他們不(bu)僅提高(gao)了(le)產(chan)品(pin)性能,同(tong)時大幅降(jiang)低了(le)成(cheng)本和開(kai)發時間。

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洛克達因將3D打(da)印用(yong)于高超(chao)聲速武器制造(zao)

據悉,從去(qu)年九(jiu)月開(kai)始,美國已經進行過(guo)四次高超聲速吸氣式武(wu)器(qi)的(de)測(ce)試,其中雷神兩次測(ce)試均成功(gong),洛克(ke)希德·馬(ma)丁(ding)公司成功(gong)一(yi)次失敗一(yi)次。2022年9月,美國國防部稱,雷神和(he)諾格擊敗了波音(yin)和(he)洛克希德(de)·馬(ma)丁,獲(huo)得(de)美(mei)國(guo)空(kong)軍9.58億美(mei)元(yuan)的高超聲速武器制造合同(tong)


3D打印一體(ti)化制造減少了傳統工藝(yi)中的焊接流程以(yi)及制造成本,同(tong)時也更利于尋找(zhao)減輕重量的方法(fa),以(yi)便(bian)可以(yi)攜帶更多的燃料和載荷。除(chu)了在武器制造中直接(jie)使用(yong)3D打(da)印(yin)技術,美國(guo)在可用(yong)于高超(chao)聲速(su)武器的(de)材(cai)料方面也有(you)積累。


2022年4月,NASA官網(wang)刊發(fa)(fa)消息稱新開發(fa)(fa)出一種新型適用于3D打印的(de)高性能合金,可以承(cheng)受超(chao)過1000℃的溫度,更具(ju)延展性,比現有最先進(jin)的合金壽命長(chang)1000倍(bei)以上(shang)能顯著提(ti)高航空和太空探索系統中零(ling)件的強度和耐用性,從而實(shi)現更好、更持久的性能。2016年,休斯研(yan)究實驗(yan)室創新性的提出(chu)了3D打印SiOC陶瓷基復合(he)材料(liao)的方法(fa),耐高溫(wen)溫(wen)度超過1700℃,有望用于(yu)制造高超(chao)聲速飛行器的相關(guan)零件。該技術受(shou)到(dao)了美國空軍實驗室的重點(dian)關(guan)注(zhu)。


美國(guo)對增材制(zhi)造技術格外看重


美國一系列的(de)政策顯(xian)示出他們對(dui)增材制造(zao)技(ji)術(shu)的(de)格外重視。


10月,美國(guo)白(bai)宮發布更新版《先進制造(zao)業國(guo)家戰略》,明確指出,要(yao)加大投(tou)資(zi),克(ke)服阻礙增材制造(zao)應用(yong)的關鍵技(ji)術障礙。


5月,美國白宮啟動“AM Forward計劃”,獲得了拜登親自站臺。該計劃要求制定(ding)一系列聯邦政策,為中小企業制造商發(fa)展3D打(da)印技術提供(gong)融資渠(qu)道和技術援助、投資3D打(da)印領域的勞(lao)動(dong)力培訓(xun)、制定(ding)相(xiang)關的行業標準等。最引人矚(zhu)目的,是(shi)要求美國的一些最大(da)的制(zhi)造商承諾從規模較(jiao)小的企業采購更多3D打印部件。


2021年6月,美國防(fang)部研(yan)究與工程副部長辦公室(shi)發布國(guo)防(fang)(fang)部5000.93指示(shi)《增(zeng)材(cai)制造在國(guo)防(fang)(fang)部的使(shi)用》,該(gai)指示(shi)作為(wei)首份面向增(zeng)材(cai)制造(AM)的頂層(ceng)政策文(wen)件,就增(zeng)材(cai)制造在國(guo)防(fang)(fang)部的實施(shi)和應用制定政策、明確(que)責任并細化程序(xu)。


對增(zeng)材制造技術的扶持在拜登政府上臺后(hou)顯得尤為明顯。






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