賓夕法尼亞大學(xué)開(kāi)發(fā)用于美國(guó)軍隊(duì)的3D打印超韌性鋼的新方法

魔猴君  行業(yè)資訊   1330天前

賓夕法尼亞州立大學(xué)工程學(xué)院的研究人員已獲得美國(guó)陸軍的 434,000美元獎(jiǎng)勵(lì)，用于開(kāi)發(fā)一種優(yōu)化的3D打印高強(qiáng)度合金的方法。在項(xiàng)目進(jìn)行期間，該團(tuán)隊(duì)打算使用計(jì)算機(jī)建模來(lái)識(shí)別基于激光定向能量沉積（L-DED）的設(shè)置，該設(shè)置能夠打印出更堅(jiān)固的金屬并提高材料效率。這種高級(jí)鋼可能具有多種與國(guó)防相關(guān)的應(yīng)用，從防彈背心到艦船船體的防爆保護(hù)。

該項(xiàng)目共同負(fù)責(zé)人Amrita Basak說(shuō)：“這些材料是增材制造的全新類別。我們發(fā)現(xiàn)的東西可以幫助研究團(tuán)體進(jìn)一步追求這一目標(biāo)，也許陸軍會(huì)發(fā)現(xiàn)使用這些材料來(lái)促進(jìn)其任務(wù)的新方法?！?/span>

3D打印的輪式坦克模型。夕法尼亞州立大學(xué)的工程師正在開(kāi)發(fā)一種3D打印大幅面軍事部件的優(yōu)化系統(tǒng)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)通過(guò)iStock，DEVRIMB提供的圖像。

打印零件以進(jìn)行維修

本質(zhì)上，美國(guó)國(guó)防部（DoD）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)陸軍，海軍，太空部隊(duì)和其他美國(guó)軍事組織的活動(dòng)，包括其支出重點(diǎn)。在此職權(quán)范圍內(nèi)，國(guó)防部在將3D打印技術(shù)集成到每個(gè)部隊(duì)的行動(dòng)中投入了大量資金，并且最近公布了有史以來(lái)首次推廣該技術(shù)的策略。

在國(guó)防應(yīng)用方面，3D打印作為按需制造備件的一種方式顯示出了特殊的潛力，這可能對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上孤立的士兵有利。因此，國(guó)防部已委托ExOne開(kāi)發(fā)“便攜式3D打印工廠”，該工廠能夠在世界任何地方生產(chǎn)備件。

同樣，美國(guó)陸軍此前已購(gòu)買了Rize One 3D打印機(jī)用于按需生產(chǎn)，并采用了MELD制造技術(shù)來(lái)維修移動(dòng)中的軍用車輛。但是，可靠性方面的問(wèn)題繼續(xù)阻止軍方內(nèi)附加零件的進(jìn)一步推廣，因?yàn)樗鼈兺ǔＰ枰C明是防彈的才能使其在最終使用場(chǎng)景中有用。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）選擇采用機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），以更好地了解零件磨損。例如，ARL最近部署了Senvol的ML軟件來(lái)評(píng)估3D打印導(dǎo)彈部件的效能，并且使用類似的模擬，賓夕法尼亞州立大學(xué)的工程師現(xiàn)在正在尋求對(duì)他們基于合金的方法進(jìn)行認(rèn)證，盡管適用于大幅面應(yīng)用。

ARL的目的是使用Senvol的ML算法來(lái)開(kāi)發(fā)一種鑒定3D打印導(dǎo)彈零件的方法。通過(guò)ARL拍攝的照片。美國(guó)陸軍越來(lái)越多地使用基于仿真的方法來(lái)對(duì)3D打印零件進(jìn)行鑒定，以供在戰(zhàn)斗場(chǎng)景中最終使用。通過(guò)ARL拍攝的照片。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的新穎方法

顯然，堅(jiān)固的3D打印金屬零件在軍事屏蔽方面具有巨大的潛力，但某些高性能合金可能很難加工。特別是，與常規(guī)材料相比，高級(jí)鋼更容易開(kāi)裂，并且焊接性低，從而限制了其與國(guó)防相關(guān)的應(yīng)用。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Basak現(xiàn)在打算與該項(xiàng)目的首席研究員托德·帕爾默（Todd Palmer）合作，以開(kāi)發(fā)一種優(yōu)化的電焊生產(chǎn)工藝。與粉料喂養(yǎng)的機(jī)器相反，工程師期望采用基于線材的方法可以使它們使該過(guò)程更具成本效益，同時(shí)也減少了材料浪費(fèi)。

根據(jù)Palmer的說(shuō)法，賓夕法尼亞州立大學(xué)處于進(jìn)行研究的獨(dú)特位置：“我們圍繞AM的垂直整合是賓夕法尼亞州立大學(xué)的真正優(yōu)勢(shì)，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)方面以及材料，數(shù)值方法和機(jī)器學(xué)習(xí)方面都有專家。那就是使我們與眾不同的地方：我們可以將這些人跨學(xué)科匯聚在一起。”

在項(xiàng)目本身期間，團(tuán)隊(duì)將設(shè)置為使用計(jì)算機(jī)建模來(lái)測(cè)試和完善其過(guò)程的參數(shù)，然后再模擬最終零件的性能。完善后，工程師們將著眼于實(shí)際評(píng)估他們的方法，使用賓州州立大學(xué)的機(jī)器創(chuàng)建大幅面的測(cè)試零件，并生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能被證明對(duì)將來(lái)的最終軍事用途有用。對(duì)于Basak來(lái)說(shuō)，訪問(wèn)Penn State廣泛的3D打印資源對(duì)于證明他們的方法的有效性至關(guān)重要。 “在這個(gè)項(xiàng)目中，我們正在探索非常大的結(jié)構(gòu)，” Basak總結(jié)道。 “如果我們沒(méi)有足夠大的3D打印機(jī)來(lái)創(chuàng)建它們，那么我們將無(wú)能為力。但是我們有很多，我們將需要他們?nèi)縼?lái)成功完成該項(xiàng)目?！?/span>

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