來源：3D打印技術參考

公眾號ID：AMReference

近日，3D打印技術參考注意到，美(mei)國(guo)國(guo)防部網站(zhan)發(fa)布(bu)了一(yi)項(xiang)最(zui)新的制造技術提案，計劃(hua)使用增材制造技術來設計和(he)(he)制造能夠在極(ji)端條件下運行的高超音(yin)速(su)武器和(he)(he)車輛系統。

由于美國國防部的目標是在2023財年具備高超聲速武器部署能力，有關官員強調需要加強工業基礎并確保項目能夠從順利開發過渡到生產。通過一項名為“提高吸氣式高超聲速增材制造成熟度”（Growing Additive Manufacturing Maturity for Airbreathing Hypersonics，GAMMA-H）的計劃，將(jiang)相關材料和工藝(yi)用于制造超過5馬赫的飛(fei)行和機動(dong)系統部件。

美國國防部將邀請相關公司（無(wu)論大小）以及(ji)大學提(ti)交使(shi)用增材制造開發高超聲速(su)部件的原(yuan)型(xing)，使(shi)用計算機(ji)輔助設計軟件和先進材料來制造相關產品。

目前，傳統的制(zhi)(zhi)造(zao)工藝無法滿足(zu)先進高(gao)超(chao)聲速(su)武器所(suo)需的(de)復雜結構零件的(de)制(zhi)(zhi)造(zao)要求(qiu)，GAMMA-H計劃將有助于推動增材制(zhi)(zhi)造(zao)工藝的(de)應用與發展，以滿足(zu)現代高(gao)超(chao)聲速(su)空氣(qi)助燃系統所(suo)需的(de)推進和(he)溫度要求(qiu)。國防部(bu)制(zhi)(zhi)造(zao)技術項目辦(ban)公(gong)室副主任(ren)凱文德(de)弗里斯表示，“我們需要(yao)使用增材(cai)制(zhi)造工藝制(zhi)造的(de)材(cai)料來突破極限，科學已經證明(ming)這是可以做(zuo)到的(de)，但應用還不夠廣泛。GAMMA-H計劃將鼓勵繼續采用這一突破性(xing)的技術。”

超燃沖壓(ya)發動機(ji)結構

GAMMA-H計劃的目標不僅是通過增材制造減少需要檢查、運輸和制造單個零件的數量，而且還為小型(xing)企(qi)業(ye)和非傳統國防承包商提供從事國防制造(zao)的機會(hui)。凱文(wen)德弗里斯(si)表示，“GAMMA-H計劃將在增材制(zhi)造如何(he)應用于吸氣式高超聲(sheng)速飛行器的研發(fa)和制(zhi)造方面帶來重大改進(jin)。只有通(tong)過大、小企業和學術界(jie)的合(he)作才(cai)能(neng)實現，我(wo)們非常有興趣(qu)擴大合作伙伴名單——各種規(gui)模的——為高超聲速任務做出(chu)貢獻。”

美國正(zheng)在(zai)鼓勵中小型制造基地參(can)與所有先(xian)進制造實踐，GAMMA-H計劃已于2022年10月發布。在制造商和制造商協會以及國家制造商協會的支持下，進行全國性的努力，促進制造實踐和工藝發展，全國各地要為培訓支持國內制造業所需的勞動力做出努力。

美國高超聲速武器的研發有幾個主要的參與者，即波音、洛克希德·馬(ma)丁以及(ji)雷神，他(ta)們又(you)分別有專門的超燃(ran)沖壓發動機(ji)提(ti)供商。2021年6月(yue)，美國空軍向三(san)家(jia)公司授(shou)予(yu)了(le)三份(fen)為期15個月的合同，以完成高超聲(sheng)速巡航導(dao)彈的初步設計。

雷(lei)神(shen)的發(fa)動機提供商是諾格，在2019年第一次成功測試后，諾格公司負責先進項目和技術的副總裁約翰·威爾科克斯表示，諾格的整個超燃沖壓發動機都是使用先進材料進行3D打印的。2022年(nian)7月，雷神宣(xuan)布完(wan)成(cheng)第二次高超音(yin)速(su)武(wu)器(qi)飛行(xing)試驗(yan)，發(fa)動機依然(ran)由諾格提供。

諾(nuo)格正(zheng)在(zai)完善(shan)一(yi)種改變游戲規則的(de)快速制(zhi)造工藝，以減(jian)少超過一(yi)半(ban)的(de)成本和時間生產優質高(gao)溫(wen)材料。其可(ke)擴展的(de)復合材料3D打(da)印(yin)，能夠將(jiang)連續纖維增(zeng)強熱塑(su)性塑(su)料層壓到部(bu)件(jian)中(zhong)，滿足高(gao)超聲(sheng)速飛行(xing)器的(de)獨特需(xu)求(qiu)。該技術(shu)對在(zai)數千度(du)高(gao)溫(wen)下(xia)運(yun)行(xing)的(de)金屬(shu)部(bu)件(jian)至(zhi)關(guan)重要(yao)，保證零部(bu)件(jian)在(zai)極端溫(wen)度(du)下(xia)不(bu)(bu)會腐蝕、熔化或(huo)改變形狀。它們也比(bi)傳統使用的(de)金屬(shu)更輕(qing)，降低(di)了高(gao)超聲(sheng)速飛行(xing)器的(de)重量，提高(gao)了性能。除此之外(wai)，金屬(shu)3D打(da)印(yin)技術(shu)對于(yu)諾(nuo)格來說同樣不(bu)(bu)可(ke)或(huo)缺，粉末床(chuang)熔融和基(ji)于(yu)擠出的(de)技術(shu)都在(zai)被(bei)其研(yan)究(jiu)(jiu)和使用。諾(nuo)格增(zeng)材制(zhi)造研(yan)究(jiu)(jiu)員埃里克·巴恩斯表(biao)示，“自2005年以來，我們一(yi)直在(zai)飛行(xing)器中(zhong)使用3D打(da)印(yin)零件(jian)，這一(yi)數量已經(jing)超過了5000個。

雷(lei)神公司(si)展示的高超聲速武(wu)器

2022年7月(yue)(yue)，洛(luo)(luo)克希德(de)·馬(ma)丁公司成功測(ce)試了(le)兩枚高超(chao)(chao)(chao)聲速(su)巡航導彈(dan)。導彈(dan)從B52轟炸(zha)機上發射，以大(da)于(yu)5馬(ma)赫的(de)速(su)度(du)飛行，飛行高度(du)超(chao)(chao)(chao)過(guo)19812米，飛行距離超(chao)(chao)(chao)過(guo)482.8千米。2022年5月(yue)(yue)，洛(luo)(luo)克達(da)因被洛(luo)(luo)克希德(de)·馬(ma)丁選中提(ti)(ti)供動力(li)，前者在(zai)超(chao)(chao)(chao)燃沖(chong)壓發動機的(de)制(zhi)造采用了(le)3D打印(yin)技術，并于(yu)今年4月(yue)(yue)成功進行了(le)飛行測(ce)試。洛(luo)(luo)克達(da)因表示，通過(guo)使用創新的(de)制(zhi)造技術和材料，他們不僅提(ti)(ti)高了(le)產品性能(neng)，同時(shi)大(da)幅(fu)降(jiang)低了(le)成本和開發時(shi)間。

洛(luo)克達(da)因將(jiang)3D打印用于高超聲速武器制造

據悉，從去年九月開始，美國(guo)已經(jing)進(jin)行過四次高超聲(sheng)速吸(xi)氣式武(wu)器的(de)測試，其中雷神(shen)兩次測試均(jun)成功，洛克希德·馬丁公司成功一(yi)(yi)次失敗一(yi)(yi)次。2022年9月，美國國防部稱，雷神和(he)諾(nuo)格擊(ji)敗了波音和(he)洛克希德·馬丁(ding)，獲得美國空軍9.58億美元的高(gao)超聲速武器制(zhi)造(zao)合同。

3D打印一體(ti)化制造減少了(le)傳統工藝(yi)中(zhong)的焊接流程(cheng)以及制造成本(ben)，同時(shi)也(ye)更利(li)于尋找減輕(qing)重(zhong)量的方法，以便可以攜(xie)帶更多(duo)的燃料和載荷。除了在(zai)武器制(zhi)造中(zhong)直接使用3D打印技術，美國在(zai)可用于(yu)高超聲速(su)武器的材料方面也有積累。

2022年4月，NASA官網刊(kan)發消息稱新開(kai)發出(chu)一種新型適(shi)用于3D打(da)印的高性能合金，可以(yi)承受超過1000℃的溫度，更具延(yan)展性(xing)，比現有最先進的(de)合(he)金壽命長1000倍以上，能顯著提(ti)高航空和太空探索系(xi)統中(zhong)零件(jian)的強度(du)和耐用性(xing)(xing)，從(cong)而實現(xian)更(geng)好(hao)、更(geng)持久的性(xing)(xing)能。2016年(nian)，休斯研究實驗室(shi)創新性(xing)的提(ti)出(chu)了3D打印(yin)SiOC陶瓷(ci)基(ji)復合(he)材(cai)料的(de)方法，耐高(gao)溫溫度(du)超過1700℃，有望用(yong)于制造高超聲速(su)飛(fei)行器的相關零件。該(gai)技術受到了美國空軍實驗室的重(zhong)點關注。

美國一系列的政策顯示(shi)出他(ta)們對增材制造技術的格外重視。

10月，美國(guo)白(bai)宮發布更(geng)新版(ban)《先進(jin)制造(zao)業國(guo)家戰略》，明確指出，要加大投資，克服阻(zu)礙增材制(zhi)造(zao)應用的關(guan)鍵技術障(zhang)礙。

5月，美國白宮啟動“AM Forward計劃”，獲得了拜登親自站臺。該計劃要求制(zhi)(zhi)定(ding)一系列聯(lian)邦政策(ce)，為中小(xiao)企業(ye)制(zhi)(zhi)造(zao)商(shang)發展3D打印(yin)技(ji)術提(ti)供融資渠道和(he)技(ji)術援助、投資3D打印(yin)領域的勞動力培訓、制(zhi)(zhi)定(ding)相關的行業(ye)標(biao)準等。最引人矚(zhu)目的，是要求美(mei)國的(de)(de)一些最大(da)的(de)(de)制(zhi)造商承(cheng)諾(nuo)從規模(mo)較小(xiao)的(de)(de)企業采(cai)購更(geng)多3D打印(yin)部件(jian)。

2021年6月，美(mei)國防部研究(jiu)與工(gong)程副部(bu)長辦(ban)公室發布國防(fang)(fang)(fang)部(bu)5000.93指示《增(zeng)材制造在國防(fang)(fang)(fang)部(bu)的使用》，該指示作(zuo)為首份面向增(zeng)材制造（AM）的頂層(ceng)政(zheng)策文(wen)件，就(jiu)增(zeng)材制造在國防(fang)(fang)(fang)部(bu)的實施和應(ying)用制定政(zheng)策、明確(que)責(ze)任并細化程序。

對增(zeng)材制(zhi)造技術的扶持(chi)在拜登政府上臺后(hou)顯(xian)得尤為明顯(xian)。