美國(guó)空軍在 3D 打印領(lǐng)域的深耕

2024 年 7 月 4 日，南極熊獲悉，美國(guó)空軍是目前 3D 打印領(lǐng)域最大的資助機(jī)構(gòu)之一，3D 打印行業(yè)在根本上受到美國(guó)空軍需求的影響�？哲娫� 3D 打印中投資的領(lǐng)域包括更好的 3D 打印和加工、電子 3D 打印以及維護(hù)和運(yùn)行 (MRO)。



優(yōu)化 3D 打印

美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）和美國(guó)空軍致力于優(yōu)化 3D 打印，進(jìn)行大量研究以實(shí)現(xiàn) 3D 打印工業(yè)化并降低成本。空軍的努力重點(diǎn)是改進(jìn)工藝以擴(kuò)大航空航天零件的生產(chǎn)規(guī)模，下述為空軍為了 3D 打印優(yōu)化技術(shù)開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目和進(jìn)行的投資：


△ 隸屬于空軍特種作戰(zhàn)司令部的 CV-22 魚(yú)鷹

● 增材制造建模挑戰(zhàn)賽：2019 年 11 月，AFRL 組織了這項(xiàng)挑戰(zhàn)賽，以評(píng)估社區(qū)預(yù)測(cè) LPBF 部件性能的能力。這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的挑戰(zhàn)賽最終由達(dá)索系統(tǒng)政府解決方案公司和幾所頂尖大學(xué)贏得勝利。
● 其他挑戰(zhàn)：AFRL 還舉辦了多項(xiàng)挑戰(zhàn)，包括掃描挑戰(zhàn)和其他專注于 3D 打印的挑戰(zhàn)。
● 合作伙伴關(guān)系：IperionX 和 QuesTek 均贏得了 AFRL 挑戰(zhàn)，與 NASA 的合作展示了高溫復(fù)合材料的創(chuàng)新解決方案。
● 技術(shù)改造： AFRL 向 CTC 提供資金，以使 SLM Solutions 機(jī)器適應(yīng)其特定需求。
● 先進(jìn)研究： 利用 X 射線檢查零件特性，研究更好的熔池動(dòng)力學(xué)，并與 Barnes Group 等機(jī)構(gòu)合作推進(jìn) 3D 打印技術(shù)，還獲得了多項(xiàng)聚合物和金屬粉末床的先進(jìn)工藝控制的合同。
● 重大投資：投資 125 萬(wàn)美元用于現(xiàn)場(chǎng)建模、870 萬(wàn)美元用于 Relativity Space，以及參與 1200 萬(wàn)美元的 America Makes 項(xiàng)目。

3D 打印電子產(chǎn)品

利用 3D 打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的保形，使設(shè)備更容易集成到現(xiàn)有的腔體或工藝中。3D 打印電子產(chǎn)品可能看起來(lái)只是 3D 打印潛力的一小部分，但飛機(jī)上有數(shù)百公里的機(jī)載線路，線束在飛機(jī)和 UAS 上非常重要。對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，機(jī)內(nèi)沒(méi)有飛行員意味著工程師無(wú)需在機(jī)內(nèi)爬來(lái)爬去進(jìn)行維護(hù)，可以簡(jiǎn)單地將無(wú)人機(jī)拆開(kāi)并進(jìn)行維修，或者可以立即更換整個(gè)組件。利用數(shù)字布線可以顯著減少線束，從而減輕飛機(jī)重量并改變外形尺寸。

● 可拉伸表面：2017 年，AFRL 與 American Semiconductor 合作制造柔性微控制器，制造了一種 3D 打印的更高效的機(jī)翼，其表皮可拉伸，可在表面不變形的情況下移動(dòng)。在另一個(gè)可拉伸項(xiàng)目中，AFRL 與哈佛大學(xué)的 Wyss 研究所合作開(kāi)發(fā)了一種柔性 3D 打印技術(shù)，使用導(dǎo)電油墨和銀熔 TPU 3D 打印 LED 燈，并將微控制器放置在打印結(jié)構(gòu)中。在另一個(gè)大規(guī)模項(xiàng)目中，AFRL 花費(fèi)了 1.54 億美元用于柔性 3D 打印電子產(chǎn)品。
● 電力：空中客車和其他公司正在研究電動(dòng)飛機(jī)，利用 3D 打印技術(shù)制造更便宜的太陽(yáng)能電池具有很大的意義。

維護(hù)和運(yùn)行 (MRO)

MRO 通常是軍方關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)于空軍來(lái)說(shuō)，維護(hù)和更換零件需要很大的成本和勞動(dòng)力。零件必須提前制造并儲(chǔ)存在世界各地，數(shù)十年來(lái)會(huì)耗費(fèi)數(shù)十億美元的資金。此外，某個(gè)關(guān)鍵零件可能無(wú)法在特定飛機(jī)上使用。通過(guò) 3D 打印進(jìn)行數(shù)字庫(kù)存和 MRO 可以節(jié)省大量資金，空軍能夠更高效、更快速地維持自身運(yùn)轉(zhuǎn)。

● 停產(chǎn)：AFRL 與 America Makes、代頓大學(xué)研究所和 YSU 合作，開(kāi)發(fā)了一個(gè)由 25 家公司參與、耗資 800 萬(wàn)美元的MRO 項(xiàng)目，用于處理停產(chǎn)的舊飛機(jī)和難以獲取的零部件。
● 材料擠壓：第 910 維修組獲得7.2 萬(wàn)美元，用于購(gòu)買 AON3D 高溫材料擠壓系統(tǒng)，而另一個(gè)項(xiàng)目向 Juggerbot 提供了 400 萬(wàn)美元，用于將中型材料擠壓與直接寫(xiě)入相結(jié)合。材料擠壓提供低成本組件，可以在當(dāng)?shù)刂圃臁?br /> ● 發(fā)動(dòng)機(jī)：空軍測(cè)試了發(fā)動(dòng)機(jī)部件并研究了 3D 打印的 MRO 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件。


△ Anthony Brown 中士使用軟件在數(shù)字牙齒模型上以數(shù)字方式設(shè)計(jì)夜間護(hù)齒器

美國(guó)空軍的其他關(guān)注點(diǎn)

● 太空時(shí)代：空軍資助了一個(gè)軌道天線項(xiàng)目，以更低的成本制造更高效的天線，提高通信成本效益。
● 建筑材料：Branch Technology 正在制造3D 打印絕緣套件，將改裝到現(xiàn)有建筑物中，耗資 113 萬(wàn)美元。
● 復(fù)合材料：空軍在復(fù)合材料方面進(jìn)行了廣泛的研究，包括 3D 打印機(jī)翼復(fù)合材料。
● 工具：許多航空結(jié)構(gòu)和其他飛機(jī)部件都是通過(guò)銑削或 3D 打印的工具間接制造的。
● 軟件和數(shù)字：他們還旨在保護(hù) 3D 打印信息空間，這解釋了他們與首爾成均館大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)安全和 3D 打印方面的合作。
● 新材料：雖然超級(jí)合金和 PAEK 等先進(jìn)聚合物是在 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)發(fā)的，但自那以后，材料開(kāi)發(fā)幾乎沒(méi)有取得突破性進(jìn)展�？哲娬�在研究 ODS 材料、金屬間化合物和其他較新的材料，包括3D 打印鈹?shù)软?xiàng)目。


△ 希爾空軍基地的 C-130 運(yùn)輸機(jī)維護(hù)工作

美國(guó)空軍在 3D 打印領(lǐng)域投資項(xiàng)目的廣度和深度說(shuō)明空軍和 3D 打印行業(yè)對(duì)于彼此都至關(guān)重要�？哲娔壳笆� 3D 打印最大的資金合作伙伴，參與了從初步研究到非常成熟的應(yīng)用等各個(gè)方面。更重要的是，空軍不僅僅是在研究、探索或嘗試開(kāi)發(fā) 3D 打印，而是希望在 3D 打印技術(shù)實(shí)力方面保持在世界先進(jìn)行列。