盘点增材制造在国防领域的15个应用

2022-07-13 10:11:32 江苏省企业技术改造协会 38

一直以来,增材制造技术凭借强大的功能被广泛应用于许多领域,包括海洋、航空航天和汽车。当然,它也越来越多地被全球各地的国防部门采用。事实上,预计到2027年,军用3D打印行业的价值将达到17亿美元。

考虑到军用产品对更快的速度、更轻的重量和更低的成本的需求,选择增材制造技术来实现这些功能无疑是最为合适的。南极熊本期文章列举了一些3D打印技术在世界各国国防领域中应用的案例,从这些实际案例当中我们也可以进一步看出该项技术在国防上的重要性。

一、9米长的金属3D打印机

美国军方对增材制造的好处深信不疑,在2021年他们已经宣布将建造世界上最大的金属3D打印机。美国DEVCOM陆军地面车辆系统中心正在ASTRO America、Ingersoll Machine Tool、西门子和位于Rock Island Arsenal的MELD Manufacturing联合制造和技术中心的帮助下制造这款巨型打印机。这台打印机将成为无接缝车体项目的一部分,最终任务是为战车打印一体式车体。据悉,项目预计需要大约14个月的时间,最终打印机将能够打印30英尺长、20英尺宽、12英尺高(约9米×6米×3.6米)的金属部件。虽然我们最近没有这方面的消息,但该项目很可能会在不久的将来完成。

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二、3D打印跑道

军事和国防领域的另一个应用来自ITAMCO(印第安纳技术和制造公司),这家公司使用增材制造为军事远征机场开发了一条跑道。这些跑道垫是远征机场 (EAF) 的重要组成部分。它们的功能是在较弱的地面上实施,以允许军用飞机着陆和起飞。在此之前,使用的是由铝板制成的便携式跑道,但随着它变得过时,军队需要找到一种创新的解决方案。德国公司EOS的M290 3D打印机被用于为美国空军的军事装备制造更轻、更耐用的模型。

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三、ExOne 及其军用吊舱

为了加速开发强大而坚固的3D打印工厂吊舱,ExOne在与多个合作伙伴合作后参与了这项任务的实施。具体来说,它涉及一项价值160万美元的国防后勤局 (DLA) 合同。在该过程中,ExOne的Binderjet技术因其速度快、材料灵活且便于操作而被用于军事用途,可以很好地满足军方的关键需求。这款专为军方设计的3D打印机据说能够喷射粘合剂,喷射20多种金属、陶瓷和其他粉末材料。此外,据说独特的外壳和其他功能使其非常适合军用级产品.。

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四、美国海军的 3D 打印工具

美国海军也在利用增材制造,他们的海军陆战队发现了3D打印开发新型车辆维护工具的能力。海军陆战队系统司令部与供应营和行业合作伙伴合作,通过3D打印技术生产用于从金属上拆卸方向盘的增材制造夹具,这是海军车辆维护中经常需要解决的问题。增材制造可以帮助减少维护和工具准备时间,能够将此类零件的实际等待时间缩减到25天左右。

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五、美国陆军与南佛罗里达大学合作开发轻型镁合金

在3D打印技术的原因方面,美国陆军除了定期与相关公司合作,也在与一些大学合作。最近,中佛罗里达大学的科学家成功地3D打印了一种镁合金,称为WE43。据悉,研究人员开发这种材料并非巧合,而是出于军方的需要。美国士兵经常需要被迫携带极其沉重的包和装备,因此减轻他们的负重是有非常有必要的研究方向。不过,在WE43和粉末激光融合工艺的帮助下,美国陆军和中佛罗里达大学可能已经找到了解决方案。

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六、3D打印船的螺旋桨

近几年来,著名的法国公司 Naval Group 一直在使用3D打印技术来满足各种需求。2021年1月,得益于WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing)增材制造工艺,NavalGroup已经3D打印了螺旋桨。该螺旋桨由五个200公斤的叶片组成,然后被安装在仙女座号上,这是一艘探雷舰。该项目背后的团队解释说,通过使用3D打印技术,他们大大减少了施工时间并最大限度地减少了使用材料的数量。

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七、西班牙空军通过 3D 打印升级其流程

增材制造能够帮助零部件实现高硬度、高强度和其他优异的特性。通过内部纤维增强,研究人员已经开发出各种工具和终端零件,能够经受住在部件受力非常大的情况下所要求的苛刻性能条件,而且不会有任何误差。在马德里,西班牙空军直升机车间负责人表示,如今他们正在尝试通过增材制造来制造每个零件,并避免使用传统制造。这这些部件就包括用于直升机起落架的泄漏控制测量工具或用于直升机主旋翼的定制钥匙。

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八、通用莱迪思和它为美国陆军设计的头盔

3D设计软件公司GeneralLattice和美国陆军签署了一项合同,通过3D打印和先进的网格几何形状提高陆军作战头盔的冲击吸收能力。对于这个项目,该公司开发了一套预测建模工具来设计和生成头盔材料。为了提高士兵在战场上的保护以及头部撞击后的生存可能性,3D打印材料将在现实环境中进行测试,以验证发展指挥士兵中心的性能要求。

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九、作战装甲车辆中的备件

澳大利亚陆军通过使用SPEE3D开发的冷喷涂3D打印解决方案,来为其一辆装甲车设计十几个备件。这些部件已经通过了多次野外使用测试和认证,提高了澳大利亚陆军的敏捷性。例如,打印的组件包括仅用29分钟制作的车轮轮罩,总成本为100澳元。本案例中使用的机器是WarpSPEE3D,其打印体积为1000 x 700毫米,速度为每分钟1公斤。通过引进增材制造技术,军队能够减少装甲车辆的停机时间,从而更好地应对紧急情况。

十、美国海军和增材制造

多年来,美国海军一直在进行多个增材制造项目。目标是提高在大洋中执行任务的团队的敏捷性和效率,尤其是在制造备件方面。这就是海军研究生院 (NPS) 投资施乐ElemX金属机器的原因,他们用这款设备来设计潜艇和船只的备件以及工具,这允许施乐公司能够拥有更短的供应链并制造定制组件。NPS并不是唯一一家在海事领域推出3D打印项目的公司。事实上,MatterHackers公司已与美国海军签署了一份为期5年的合同,以提供其所需的所有3D设备,以及培训课程和维护。

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十一、未来能源项目

来自英国的未来能源项目在研究、爆炸物测试、新型能量学制造、爆炸建模、化学合成、热表征和危险测试等领域开展工作。该项目的目标是创造新的含能材料和诊断方法来验证新材料。增材制造将用于开发新的炸药配方,这为潜在用户提供了许多好处,包括降低存储和运输成本以及提高性能。费用可以根据要求精确定制,并以新颖复杂的设计制造,这在以前是不可想象的。制造过程使用LabRAM共振声学混合器,它使用声能而不是物理刀片来混合材料,使过程更安全。

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十二、Astro America开发3D打印战车车体

应用科学与技术研究组织,也称为ASTRO America,已被美国陆军选中用于无接缝船体项目。该计划由美国国防部受益的制造创新研究所支持,是使用3D打印开发和交付战车船体工具的努力的一部分。他们希望减少制造时间并降低生产成本,同时减轻车辆的重量并提高其性能和生存能力。

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十三、3D打印军营

3D建筑公司ICON以从事涉及军事的项目而闻名。为此,这家总部位于奥斯汀的公司与德克萨斯军事部、Logan Architecture 和 Fort Structures合作创建了北美最大的3D打印结构:位于德克萨斯州巴斯特罗普的斯威夫特营地训练中心的训练营。使用ICON的 Vulcan建筑系统,这是一种平板电脑操作的机器人打印机,可以使用水泥基材料,公司和军方的合作成功地建造了第一个3D打印的军营供士兵居住。最终的建筑包括一个3,800平方英尺的建筑,可容纳多达72名士兵或飞行员,并为他们的下一个任务做准备。

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十四、3D打印潜艇船体

多年来,国防部门在许多领域找到了应用3D打印的方法——在地面、空中和海上。事实上,美军的这个最新项目是在探索3D打印的一个相对未知的区域:海底。在2017年月,橡树岭国家实验室 (ORNL) 与美国海军的颠覆性技术实验室合作进行这项新的尝试,帮助制造了军事史上第一个3D打印潜艇船体。通过使用ORNL的FDM大面积增材制造 (BAAM) 技术,团队生产了一个30英尺的概念船体,具有6个碳纤维复合材料部分,与使用传统制造方法相比,它的生产速度更快、成本更低。尽管仍在测试中,但有迹象表明未来很快会有更多的3D打印潜艇潜入海洋。

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十五、缅因大学为美国海军陆战队开发后勤支援船

今年3月,缅因大学(UMaine)在其位于奥罗诺的先进结构和复合材料中心3D打印了两艘新的大型船只,其中一艘据说是有史以来最大的增材制造船只。据了解,这两艘原型船是为美国海军陆战队开发的,被设计为后勤支援船,并将进行测试,供武装部队实地使用。其中较大的一艘可以装载两个20英尺的运输集装箱,而另一艘可以运送整个步枪班的食物、水和其他物资,为期三天。这两艘新船都是基于聚合物的纤维增强复合材料的多材料混合物3D打印的。根据UMaine的说法,它能够在短短一个月内制造和组装其中一艘船。如果使用传统的制造方法,这一过程将会长达一年。

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