防御

宾夕法尼亚州立大学为美国陆军开发了一种3D打印超硬钢的新方法

研究人员在宾夕法尼亚州工程学院已被授予434,000美元美国陆军研究一种优化的高强度合金3D打印方法。

在该项目中,该团队打算使用计算机建模来识别基于激光定向能量沉积(L-DED)的装置,该装置能够以提高材料效率的方式打印更坚固的金属。这种高级钢材可以有多种与国防相关的应用,从防弹背心到海军舰艇外壳的防爆保护。

“这些材料是一种全新的添加剂制造阶级,”该项目的共同主体调查员Amrita Basak表示。“我们发现的内容可以帮助研究界进一步追求这一点,也许军队将发现使用这些材料进一步使其使命的新方法。”

在作为3D印刷的过程中的轮式坦克的模拟。
在这位艺术家的印象中,这是一辆看起来很不寻常的坦克。宾州州立大学的工程师正在开发一种优化的3D打印大尺寸军用部件系统。图片由宾夕法尼亚州立大学通过iStock, DEVRIMB提供。

用于现役的印刷部件

基本上,这美国国防部(国防部)协调陆军、海军、太空部队和其他美国军事组织的活动,包括他们的支出优先事项。在这一职权范围内,国防部已投入巨资将3D打印整合到各部队的行动中,并于最近公布了其计划第一个策略来推广这项技术。

在国防应用方面,3D打印已经显示出特殊的潜力,作为一种按需制造备件的手段,这可能有利于战场上孤立的士兵。因此,国防部委托ExOne开发一个“便携式3D打印工厂”这有能力在世界任何地方生产备件。

类似的,美国陆军以前也有过获得了一台Rize One 3D打印机用于按需生产的目的,以及采用MELD制造技术修理移动中的军用车辆。然而,可靠性方面的问题仍然阻碍了增材部件在军队内部的进一步推广,因为它们通常需要具有明显的防弹性能,才能在最终使用场景中发挥作用。

为了解决这个问题,the美国陆军研究实验室(ARL)选择采用机器学习(ML),作为更好地了解零件磨损的手段。例如,ARL最近部署了Senvol的ML软件评估3D打印导弹部件的效能宾夕法尼亚州立大学的工程师们正在利用类似的模拟,对他们基于合金的方法进行验证,尽管这种方法适用于更大的应用程序。

ARL旨在使用Senvol的ML算法来开发一种用于限定3D印刷导弹部件的方法。通过ARL照片。
美国陆军越来越多地利用基于模拟的方法来限定3D印刷部件以便在战斗情景中的最终用途。通过ARL照片。

宾夕法尼亚州立大学的新方法

虽然很明显,稳健的3D印刷金属部件具有巨大潜力,当涉及军事屏蔽时,一些性能合金可能难以处理。特别地,与常规材料相比,高档钢更容易发生裂缝,并且与传统材料相比,具有低可焊性,限制了其与防御相关的应用。

为了解决这个问题,Basak现在打算与该项目的首席研究员Todd Palmer合作,开发一种优化的线馈制造工艺。与粉料机不同,工程师们预计采用基于线的方法可以使这一过程更具成本效益,同时浪费更少的材料。

据帕尔默说,宾夕法尼亚州的国家是唯一的,可以进行研究:“我们在AM周围的垂直整合是宾夕法尼亚州的实际优势,”帕尔默说。“我们在实验方面有专家,以及材料,数值方法和机器学习。这就是我们分开的东西:我们可以将这些人带到跨学科。“

在项目本身期间,该团队将在模拟端部性能之前使用计算机建模来使用计算机建模来测试和优化其过程的参数。一旦完善,工程师则旨在实际评估其方法,使用Penn State的机器创建大型测试部件,并产生可能在未来的最终使用军事方案中证明有用的实验数据。

对于Basak来说,拥有宾州广泛的3D打印资源,将证明对测试他们的方法的有效性至关重要。“在这个项目中,我们正在探索非常大的结构,”Basak总结道。“如果我们没有足够大的3D打印机来制造这些东西,我们就无能为力。但是我们有很多,我们需要他们来成功完成这个项目。”

L-DED的最新创新

与类似的基于粉末的技术相比,线馈电DED正迅速成为一种更快、更便宜的替代品Sciaky已成为该地区的市场领导者之一,其高沉积速率EBAM 3D打印机

该公司经常根据保密协议承包3D打印国防相关部件,但在2017年,它选择了宣传一个项目,看到它制造了一个金属AUV潜艇组件。在其他地方,EBAM也被用来创造飞机翼的内部结构,反映了线馈技术的广阔潜力。

同样,精度的依赖哈德斯菲尔德大学正在努力eam的潜在替代品作为…的一部分创新英国支持项目。从本质上讲,联合工程师团队试图开发一个优化的基于eb的流程,以推动该技术在更广泛的行业采用。

同样的,混合制造技术(HMT)还领导了一个创新英国项目,该项目专注于快速跟踪a新的紧凑型线馈系统。一旦新的DED设计就绪,HMT打算与双胞胎时代电线,以优化其性能,加快其市场占有率。

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特色图像显示了一个印刷的坦克的模型。图片由宾夕法尼亚州立大学通过iStock, DEVRIMB提供。

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