來源：3D打印技術參考

公眾號ID：AMReference

近日(ri)，3D打印技(ji)術參考注意(yi)到，美(mei)國(guo)國(guo)防部網站發布了一項最新的制(zhi)造技(ji)術提案，計劃(hua)使用(yong)增材制(zhi)造技(ji)術來設計和(he)制(zhi)造能夠(gou)在極端條(tiao)件下(xia)運行的高(gao)超音速武器和(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(xiang)關材料和工藝用于制(zhi)造超(chao)過5馬赫的飛行(xing)和機動系(xi)統(tong)部件。

美國國防部將邀請相關(guan)公司（無論大小）以及大學(xue)提交使用增材(cai)制(zhi)(zhi)造開發高(gao)超聲(sheng)速部件(jian)的原型，使用計(ji)算機輔助設計(ji)軟件(jian)和先進材(cai)料來制(zhi)(zhi)造相關(guan)產品。

目前，傳(chuan)統的制造(zao)工藝無法滿(man)足先進高超(chao)聲速(su)(su)武器(qi)所需的復雜(za)結構零件的制造(zao)要求(qiu)，GAMMA-H計劃(hua)將(jiang)有助于(yu)推動增材制造(zao)工藝的應用與發展，以滿(man)足現代高超(chao)聲速(su)(su)空氣助燃(ran)系(xi)統所需的推進和溫度要求(qiu)。國防部(bu)制造(zao)技術項(xiang)目辦公室副主任凱文德弗里斯表示，“我們需要使用增材制造工(gong)藝制造的材料來突破極限(xian)，科(ke)學(xue)已經證(zheng)明這是(shi)可以做到的，但應用還(huan)不夠廣泛。GAMMA-H計劃將鼓(gu)勵繼續采用這一(yi)突破性的技術。”

超燃沖壓發動機結構

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，而且還為小型企業和(he)非傳統國防承包商提供從事(shi)國防制造(zao)的機會。凱文德弗里斯表示，“GAMMA-H計(ji)劃將在增材(cai)制造如何(he)應用(yong)于吸氣式(shi)高超聲速飛行器的研發和制造方(fang)面(mian)帶(dai)來(lai)重大改進(jin)。只有(you)通(tong)過大、小企業和學術界(jie)的合作才能實現，我們非(fei)常(chang)有(you)興趣擴大(da)合作伙伴名單(dan)——各種規模的——為(wei)高超聲速任(ren)務做出(chu)貢獻。”

美國正在鼓勵中小型制造基地(di)參與(yu)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(ke)希德·馬丁以(yi)及雷神，他們又分別有專門的超(chao)燃沖壓發動(dong)機提供(gong)商。2021年6月，美國空軍(jun)向三家(jia)公司授(shou)予了三份為期15個月的合同，以完成高(gao)超聲速巡(xun)航(hang)導(dao)彈(dan)的(de)初步(bu)設(she)計(ji)。

雷(lei)神的發動機(ji)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7月，雷(lei)神(shen)宣布完成(cheng)第二次高超音速武(wu)器飛(fei)行試(shi)驗(yan)，發(fa)動機依然由(you)諾格提供。

諾格正在(zai)完善一(yi)種(zhong)改(gai)變游戲規則的(de)快速制(zhi)造(zao)工藝，以減(jian)少超過(guo)一(yi)半的(de)成本和(he)時間生產優質高溫(wen)材料(liao)。其可擴展的(de)復合材料(liao)3D打印，能夠(gou)將連續纖維增(zeng)強熱塑性塑料(liao)層壓到(dao)部件(jian)中(zhong)，滿足高超聲速飛行(xing)器(qi)(qi)的(de)獨特需(xu)求。該技術(shu)對在(zai)數千度(du)(du)高溫(wen)下(xia)運行(xing)的(de)金屬部件(jian)至關重要，保證零(ling)部件(jian)在(zai)極(ji)端溫(wen)度(du)(du)下(xia)不(bu)會腐(fu)蝕、熔化或改(gai)變形狀。它們也比傳統使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)金屬更輕，降(jiang)低了高超聲速飛行(xing)器(qi)(qi)的(de)重量，提高了性能。除此之外，金屬3D打印技術(shu)對于諾格來說同樣不(bu)可或缺，粉末床熔融和(he)基于擠出的(de)技術(shu)都在(zai)被其研究和(he)使(shi)(shi)用(yong)(yong)。諾格增(zeng)材制(zhi)造(zao)研究員(yuan)埃里(li)克·巴恩斯表(biao)示，“自2005年以來，我們一(yi)直在(zai)飛行(xing)器(qi)(qi)中(zhong)使(shi)(shi)用(yong)(yong)3D打印零(ling)件(jian)，這(zhe)一(yi)數量已經超過(guo)了5000個。

雷神公司展示的高超聲(sheng)速武(wu)器

2022年7月，洛(luo)克(ke)希(xi)德(de)·馬丁公(gong)司成(cheng)功(gong)(gong)測(ce)試(shi)了(le)(le)(le)兩枚高(gao)(gao)(gao)超(chao)聲速巡航導彈。導彈從B52轟(hong)炸機上發射，以大于5馬赫(he)的速度飛(fei)行(xing)，飛(fei)行(xing)高(gao)(gao)(gao)度超(chao)過19812米，飛(fei)行(xing)距離超(chao)過482.8千米。2022年5月，洛(luo)克(ke)達因被洛(luo)克(ke)希(xi)德(de)·馬丁選(xuan)中提(ti)供動(dong)力，前者在超(chao)燃沖(chong)壓(ya)發動(dong)機的制造采用了(le)(le)(le)3D打(da)印技術(shu)，并于今(jin)年4月成(cheng)功(gong)(gong)進行(xing)了(le)(le)(le)飛(fei)行(xing)測(ce)試(shi)。洛(luo)克(ke)達因表(biao)示，通過使用創新(xin)的制造技術(shu)和材料，他(ta)們不(bu)僅提(ti)高(gao)(gao)(gao)了(le)(le)(le)產品(pin)性能，同時大幅降低(di)了(le)(le)(le)成(cheng)本和開(kai)發時間。

洛克達因(yin)將3D打印用(yong)于高(gao)超聲速武(wu)器制造(zao)

據悉，從去年九月開始，美國已經(jing)進行過四次(ci)高超聲(sheng)速吸氣(qi)式武器的(de)測試(shi)，其(qi)中雷神(shen)兩次(ci)測試(shi)均成功，洛克希德·馬(ma)丁公(gong)司成功一次(ci)失敗(bai)一次(ci)。2022年9月，美國國防部稱，雷神和(he)諾格擊敗了波(bo)音和(he)洛(luo)克希德·馬丁，獲(huo)得美國(guo)空軍9.58億美元的高超聲速(su)武(wu)器制造(zao)合同。

3D打印(yin)一(yi)體化制造減少(shao)了傳統工藝中(zhong)的(de)焊接流程(cheng)以(yi)及制造成(cheng)本(ben)，同時也更利于尋找減輕(qing)重量的(de)方法(fa)，以(yi)便可以(yi)攜帶更多的(de)燃(ran)料和載荷。除(chu)了在武器制造中直接使用3D打印技(ji)術，美國在可用于(yu)高超聲速武器的材(cai)料方面也有積累(lei)。

2022年(nian)4月(yue)，NASA官網刊發消息稱新開發出(chu)一種新型適用(yong)于3D打印(yin)的(de)高(gao)性能(neng)合金，可以(yi)承受超過(guo)1000℃的溫度，更具(ju)延展性，比現有最先進的合(he)金壽命(ming)長1000倍以上，能顯著提高(gao)航(hang)空和太空探(tan)索系統中(zhong)零件的強(qiang)度和耐用性(xing)，從而實現更(geng)好(hao)、更(geng)持久的性(xing)能。2016年，休斯研究(jiu)實驗室創新性(xing)的提出了3D打印SiOC陶瓷基(ji)復(fu)合材料的方(fang)法，耐(nai)高(gao)溫溫度超過1700℃，有望(wang)用于制(zhi)造高超聲速飛行器的(de)相關零件。該(gai)技(ji)術受到了美國(guo)空軍實驗室(shi)的(de)重(zhong)點關注。

美國一系列的政策顯示出(chu)他們對增(zeng)材(cai)制(zhi)造技術的格外重視。

10月，美國白宮發布更新版《先進制造業國家戰略》，明確指(zhi)出(chu)，要(yao)加大(da)投資，克服阻礙增材制造(zao)應(ying)用的關鍵技(ji)術障礙。

5月，美國白宮啟動“AM Forward計劃”，獲得了拜登親自站臺。該計劃要求制定一(yi)系列聯邦政(zheng)策(ce)，為中小企業(ye)制造商(shang)發(fa)展3D打印技術提(ti)供融資渠道和技術援助(zhu)、投資3D打印領域的(de)勞動力培(pei)訓、制定相關的(de)行(xing)業(ye)標準(zhun)等。最引(yin)人矚目的(de)，是要(yao)求(qiu)美(mei)國(guo)的一些最(zui)大的制造(zao)商承(cheng)諾從(cong)規(gui)模較小的企業采購更(geng)多3D打印部件。

2021年6月，美國(guo)防部研究與工程副部(bu)長(chang)辦公室發布(bu)國(guo)防(fang)部(bu)5000.93指(zhi)(zhi)示《增材制造在國(guo)防(fang)部(bu)的(de)使用》，該指(zhi)(zhi)示作為(wei)首份面向(xiang)增材制造（AM）的(de)頂(ding)層(ceng)政策文件(jian)，就增材制造在國(guo)防(fang)部(bu)的(de)實(shi)施和應用制定政策、明確責任并細化(hua)程(cheng)序(xu)。

對增材制造(zao)技術(shu)的扶持在拜登政府上臺后顯得(de)尤為明顯。