美國空軍理工學院開發(fā)用于3D打印彈藥的高強度鋼

來源：魔猴網

美國空軍理工學院（AFIT）開發(fā)了一種用于武器應用的高性能3D打印鋼AF-9628。由Erin Hager上尉領導，并由空軍研究實驗室（AFRL）彈藥理事會贊助，這種粉末床熔合（PBF）技術使得鋼的生產具有比傳統(tǒng)AM合金更高的拉伸強度。使用這種方法生產3D打印的復雜彈藥，然后進行測試，為更輕的彈藥鋪平道路。

用AF-9628粉末印刷各種零件后，上尉Erin Hager分析了產生的孔隙率，強度和沖擊韌性照片來自空軍理工學院。

空軍級鋼AF-9628
AF-9628由AFRL的Rachel Abrahams博士開發(fā)，是一種具有高強度和韌性的鋼合金。在最初的開發(fā)中，AF-9628被用來制造具有所需爆炸輪廓的掩體炸彈。與HP-9-4-20（一種用于Massive Ordnance Penetrator武器系統(tǒng)的鋼）相比，AF-9628是獨一無二的，因為它不含鎢。      盡管AF-9628的配方比傳統(tǒng)彈藥中使用的普通牌號貴，但其成本卻低于其他高性能鋼合金，包括Eglin Steel和HP-9-4-20。對于這些吸引人的特性，特別是其高強度，研究實驗室確定AF-9628是增材制造的最佳材料。        3D打印越來越多地融入軍隊的運作中。此前，空軍利用該技術為傳統(tǒng)飛機打印低成本替換零件。在美國陸軍，3D打印已被用于按需生產工具和備件。美國陸軍研究實驗室（ARL）有多項技術進步計劃，包括使用空軍鋼合金AF96粉末為地面車輛3D打印高強度備件。

3D打印鈦合金零件為研究人員提供了高強度，耐熱性能。照片來自美國陸軍/大衛(wèi)麥克納利。  

粉末床熔合鋼合金       
合金的粉末床熔合一直是具有挑戰(zhàn)性的。這是某些合金不會熔化并且在形成零件時易于破裂的結果。在確定AF-9628是否可打印時，Hager專注于首先表征粉末的形狀和大小，然后研究并確定它是如何隨著熔化和篩分而變化的。在AFIT的掃描電子顯微鏡下進行檢查。后來，代頓大學研究所使用尺寸表征光學顯微鏡進行了性能測試。一旦Hager確定金屬粉末在機器中可預測地熔化，就會產生實際的測試物品。在對各種零件進行3D打印后，Hager分析了所得的孔隙率，強度和沖擊韌性。       令Hager驚訝的是，她的3D打印合金零件表現(xiàn)出良好的機械性能，沒有開裂跡象。滿足所需的10％伸長率，表明強度增加而不變脆。事實上，輸出與傳統(tǒng)的鍛造和熱處理AF-9628零件非常相似。

Erin Hager上尉將粉末狀的AF-9628鋼倒入粉末床熔接機中。照片來自空軍理工學院。

3D打印彈藥
在成功地3D打印簡單零件之后，他們嘗試了更復雜的設計，例如幾個復雜的拋射物。在AFIT使用兩臺機器，Hager 3D打印了約130個零件，包括30個小圓柱，60個大圓柱，20個拉伸條和20個沖擊試樣。       Hager制造的零件適用于武器應用。雖然測試的粗糙度和孔隙率在功能部件中并不理想，但是注意到這些性能適合作為一次性物品的彈藥的部件。結果還表明，在極限拉伸強度方面，用AF-9628加成制造的部件比傳統(tǒng)AM合金強約20％。增材制造允許武器工程師只在需要的地方對彈藥施加重量。根據(jù)Hager的說法，這最終“可以使更輕的彈藥變得更加深入，因此飛機可以攜帶更多的武器�！蹦壳�，AF-9628粉末只能以非常小的批量生產。       現(xiàn)在，AFRL的彈藥管理局領導了涉及3D打印彈藥的進一步研究工作。該局旨在制造具有精確控制碎片和爆炸壓力剖面的彈藥，以最大限度地減少附帶損害。

   AF-9628粉末加工制造零件的熱成像。 照片來自空軍理工學院。