美國陸軍學(xué)習(xí)和使用3D打印提高軍事準(zhǔn)備能力

美國陸軍長期以來一直在充分利用3D打印技術(shù)。據(jù)南極熊了解，在最新一期的軍隊(duì)AL＆T雜志上發(fā)表的一篇文章中，資深編輯史蒂夫·斯塔克深入探討了軍隊(duì)這個(gè)部門支如何使用3D打印，以及存在哪些障礙。斯塔克寫道，隨著軍事部門致力于升級其制造技術(shù)，3D打印“非常適合陸軍”。美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）主任Philip Perconti博士表示，該技術(shù)“處于發(fā)展的關(guān)鍵階段”。

巴格拉姆機(jī)場的REF Ex實(shí)驗(yàn)室在Ex Lab工程師與士兵合作開發(fā)解決他們遇到的問題，而后生產(chǎn)了這些物品。

2018年秋天，在馬里蘭州新的先進(jìn)制造、材料和工藝（AMMP）制造創(chuàng)新中心的開幕式上，Perconti博士說，“陸軍希望站在技術(shù)進(jìn)步的最前沿�！�

Perconti博士認(rèn)為，各種替換零件和部件的移動(dòng)生產(chǎn)即將出現(xiàn)。海軍、空軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已經(jīng)在利用這一應(yīng)用。3D打印可用于提高準(zhǔn)備程度，這是一個(gè)相當(dāng)廣泛的類別，涵蓋從建筑物和維修到物流和維護(hù)的所有內(nèi)容。最重要的目標(biāo)是使用適當(dāng)數(shù)量的設(shè)備發(fā)送單元，以建立用于按需3D打印的移動(dòng)單元。

Mike Nikodinovski是陸軍坦克汽車研究、開發(fā)和工程中心（TARDEC）的機(jī)械工程師和增材專家，解釋了軍隊(duì)周圍的各個(gè)地方，如研究、開發(fā)和工程司令部（RDECOM）以及航空和導(dǎo)彈研究，開發(fā)和工程中心（AMRDEC）目前正在通過試驗(yàn)塑料和金屬零件的3D打印來提高準(zhǔn)備程度并加快維護(hù)過程。

“我們一直在修理M1艾布拉姆斯的部件。我們已經(jīng)完成了跨陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的項(xiàng)目，在那里我們打印了像葉輪風(fēng)扇這樣的東西。我們一直在做的很多事情只是基本的一對一替換�！盢ikodinovski說，“對于傳統(tǒng)制造的部件，您可以使用增材做什么呢？很多都是為了維持，這就是我們在巖島站起來的目的，給他們提供設(shè)備和材料，以便他們可以打印金屬部件。

3D打印的90°應(yīng)變消除偏置連接器，由阿富汗巴格拉姆機(jī)場的REF工程師設(shè)計(jì)和制造，用于防止電纜在連接到設(shè)備時(shí)斷裂。

增材制造與減材制造非常不同，這意味著需要進(jìn)行關(guān)鍵的培訓(xùn)。“這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。我們不僅需要培訓(xùn)那些將要接觸和操作機(jī)器的人員，而且需要訓(xùn)練部隊(duì)和工程師了解AM的能力以及如何設(shè)計(jì)AM�！盧ock Island Arsenal先進(jìn)制造總監(jiān)Edward Flinn解釋說。“你必須訓(xùn)練士兵的技術(shù)能力以及如何實(shí)際使用機(jī)器。然后是如何向設(shè)計(jì)界自己教授增材的好處，以便他們可以開始設(shè)計(jì)。”

REF支持工程師Ryan Muzii為一個(gè)項(xiàng)目切割金屬

陸軍工程師研究與開發(fā)中心（ERDC）的機(jī)械工程師Megan Krieger解釋說，在圖書館的MWR（士氣，福利和娛樂設(shè)施）中使用創(chuàng)客空間是讓軍事人員更熟悉3D打印的一種有用方式，她這樣解釋道，“如果人們對制作東西充滿熱情，那么他們會(huì)比被投入其中更好地學(xué)習(xí)�！�
除了實(shí)際學(xué)習(xí)如何使用該技術(shù)之外，陸軍還致力于開發(fā)用于3D打印的新材料和設(shè)計(jì)工具。

馬里蘭州陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）負(fù)責(zé)材料開發(fā)的資深活動(dòng)科學(xué)家William Benard博士說：“陸軍近期的努力是著眼于準(zhǔn)備就緒，而在研究中，更簡單的事情之一就是設(shè)計(jì)更易于打印的新材料，隨著打印變得更可靠，被很好地理解 - 作為替代品的那種東西，是支持現(xiàn)有部件的更直接的方法�！薄癆RL正在為此提供支持的投資領(lǐng)域之一，我也知道RDECOM社區(qū)的其他人也正在研究它，實(shí)際上是增材行業(yè)的新設(shè)計(jì)工具。”

陸軍還需要確定采用3D打印的具體經(jīng)濟(jì)性。雖然在緊迫的最后期限內(nèi)成本不是一個(gè)因素，但當(dāng)制造可重復(fù)性和成本在項(xiàng)目中更為重要時(shí)，這種情況就會(huì)逆轉(zhuǎn)。其他因素包括對部件的需求有多重要，開發(fā)速度有多快，還有哪些取決于特定項(xiàng)目，以及陸軍花錢的確切位置。

Tim Phillis，RDECOM武器研究的遠(yuǎn)征增材制造項(xiàng)目官員，開發(fā)工程中心通過戰(zhàn)場上的增材制造快速制造（R-FAB）解釋說，“我們作為科學(xué)家和工程師可以談?wù)摬牧咸匦院痛蛴〈矞囟群痛蛴☆^的所有這些東西，但高級領(lǐng)導(dǎo)層正在考慮，這項(xiàng)技術(shù)如何提高準(zhǔn)備程度？怎樣才能讓系統(tǒng)和士兵準(zhǔn)備好？這就是我們正在學(xué)習(xí)的東西�！�

士兵們在2017年的Pacific Pathways演習(xí)期間使用R-FAB在四小時(shí)內(nèi)為Stryker車輛打印相機(jī)鏡頭蓋。[美軍照片]

斯塔克寫道，陸軍主要是“將工作重點(diǎn)放在現(xiàn)代化的優(yōu)先事項(xiàng)上”，并將進(jìn)一步的發(fā)展留給學(xué)術(shù)界和工業(yè)界。如果我們的軍隊(duì)希望將3D打印用于實(shí)際應(yīng)用，那么這種開發(fā)需要加快發(fā)展，這些部件必須在充足的壓力下站起來。

Aura Gimm博士在接受采訪時(shí)正在軍事納米技術(shù)研究所管理陸軍麻省理工學(xué)院附屬研究中心項(xiàng)目時(shí)說：“創(chuàng)造裝飾性部件是一回事，但如果您想嘗試創(chuàng)建可能失敗的承重或致動(dòng)部件�！�

“標(biāo)準(zhǔn)化并確保我們擁有計(jì)量或測量和評估這些部件的指標(biāo)將是非常關(guān)鍵的，因?yàn)閇增材制成的物品]實(shí)際上可以在現(xiàn)場部署。因?yàn)槲覀儾幌氚l(fā)生的事情就是擁有的這些部件不能按預(yù)期工作�！�

Perconti博士同意：“最終，我們的目標(biāo)是使合格的組件與他們所取代的組件無法區(qū)分。請記住，當(dāng)你從武器系統(tǒng)中取出一部分并用增材制造部件替換它時(shí)，如果那部分功能不完全，那就是浪費(fèi)時(shí)間。所以我們必須非�？隙�無論我們做什么，我們都了解科學(xué)，我們了解制造，我們知道我們正在為我們的作戰(zhàn)人員提供合格的部件�！�

UH-60A / L黑鷹直升機(jī)[圖片：Military.com]

例如，AMRDEC一直與通用電氣公司合作為T700電機(jī)提供3D打印部件，該電機(jī)為阿帕奇和黑鷹直升機(jī)提供動(dòng)力。但是，這些電機(jī)部件尚未使用，因?yàn)樗鼈兩形唇?jīng)過陸軍標(biāo)準(zhǔn)的測試和認(rèn)證。位于阿拉巴馬州雷石東阿森納的陸軍制造技術(shù)部制造科技部的增材制造負(fù)責(zé)人Kathy Olson表示，該項(xiàng)目“更多的是知識(shí)轉(zhuǎn)型”，采用激光粉末床熔接3D打印部件。為了使陸軍使用的3D打印部件合格，必須首先確定材料。

“然后你必須對你的機(jī)器進(jìn)行鑒定，并確保它生成可重復(fù)的部件，然后對你正在構(gòu)建的部件的過程進(jìn)行鑒定，因?yàn)閷τ诓煌�的部件，你可能有不同的幾何形狀的不同參�?shù)集需要打造，”奧爾森解釋道。

“這不像你只需按一下按鈕就可以了。它的兩個(gè)方面都涉及很多工程。即使是你的構(gòu)建布局的設(shè)計(jì)也會(huì)涉及一些迭代，讓你的布局正確，這樣部件就能正確打印�！标戃�3D打印的一個(gè)堅(jiān)實(shí)應(yīng)用是工具，因?yàn)榇诉^程中的更改不需要任何工程更改。

Patrick Fowler博士是阿富汗Ex實(shí)驗(yàn)室的前首席工程師，他與一名士兵一起研究物資解決方案。

“你可以快速轉(zhuǎn)向工具�！备チ纸忉尩溃�“設(shè)計(jì)過程正在進(jìn)行，但制造可以在幾天而不是幾周內(nèi)進(jìn)行，而不是幾周。對于原型制造或主流制造，我可以在24小時(shí)內(nèi)增材制造工具�！�

如果應(yīng)用得當(dāng)，3D打印將允許世界各地的士兵在現(xiàn)場制作他們需要的幾乎任何東西。

“我們可以解決哪些任務(wù)？我們找到了各種各樣的東西，”菲利斯說，“由于悍馬沒有氣帽，所以排起了長隊(duì)�；蛘邭饷逼屏选．�(dāng)他們訂購時(shí)，他們必須在那里坐30天或45天，或者需要多長時(shí)間才能通過供應(yīng)系統(tǒng)。

“如果我們能在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成生產(chǎn)，那么現(xiàn)在我們已經(jīng)有了一輛可以隨時(shí)使用的卡車，而我們正在等待供應(yīng)系統(tǒng)趕上來�！�

來源： 增材之光