來源：3D打印技術(shù)參考

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近日，3D打印技術(shù)參考注意到，美國國防部網(wǎng)站發(fā)布了一項最新的制造技術(shù)提案，計劃使用增材制造技術(shù)來設計和制造能夠在極端條件下運行的高超音速武器和車輛系統(tǒng)。

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(guān)官員強調(diào)需要加強工業(yè)基礎(chǔ)并確保項目能夠從順利開發(fā)過渡到生產(chǎn)。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，將相關(guān)材料和工藝用于制造超過5馬赫的飛行和機動系統(tǒng)部件。

美國國防部將邀請相關(guān)公司（無論大?。┮约按髮W提交使用增材制造開發(fā)高超聲速部件的原型，使用計算機輔助設計軟件和先進材料來制造相關(guān)產(chǎn)品。

目前，傳統(tǒng)的制造工藝無法滿足先進高超聲速武器所需的復雜結(jié)構(gòu)零件的制造要求，GAMMA-H計劃將有助于推動增材制造工藝的應用與發(fā)展，以滿足現(xiàn)代高超聲速空氣助燃系統(tǒng)所需的推進和溫度要求。國防部制造技術(shù)項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藝制造的材料來突破極限，科學已經(jīng)證明這是可以做到的，但應用還不夠廣泛。GAMMA-H計劃將鼓勵繼續(xù)采用這一突破性的技術(shù)?！?/span>

超燃沖壓發(fā)動機結(jié)構(gòu)

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(shù)量，而且還為小型企業(yè)和非傳統(tǒng)國防承包商提供從事國防制造的機會。凱文德弗里斯表示，“GAMMA-H計劃將在增材制造如何應用于吸氣式高超聲速飛行器的研發(fā)和制造方面帶來重大改進。只有通過大、小企業(yè)和學術(shù)界的合作才能實現(xiàn)，我們非常有興趣擴大合作伙伴名單——各種規(guī)模的——為高超聲速任務做出貢獻。”

美國正在鼓勵中小型制造基地參與所有先進制造實踐，GAMMA-H計劃已于2022年10月發(fā)布。在制造商和制造商協(xié)會以及國家制造商協(xié)會的支持下，進行全國性的努力，促進制造實踐和工藝發(fā)展，全國各地要為培訓支持國內(nèi)制造業(yè)所需的勞動力做出努力。

美國高超聲速武器的研發(fā)有幾個主要的參與者，即波音、洛克希德·馬丁以及雷神，他們又分別有專門的超燃沖壓發(fā)動機提供商。2021年6月，美國空軍向三家公司授予了三份為期15個月的合同，以完成高超聲速巡航導彈的初步設計。

雷神的發(fā)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(shù)的副總裁約翰·威爾科克斯表示，諾格的整個超燃沖壓發(fā)動機都是使用先進材料進行3D打印的。2022年7月，雷神宣布完成第二次高超音速武器飛行試驗，發(fā)動機依然由諾格提供。

諾格正在完善一種改變游戲規(guī)則的快速制造工藝，以減少超過一半的成本和時間生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高溫材料。其可擴展的復合材料3D打印，能夠?qū)⑦B續(xù)纖維增強熱塑性塑料層壓到部件中，滿足高超聲速飛行器的獨特需求。該技術(shù)對在數(shù)千度高溫下運行的金屬部件至關(guān)重要，保證零部件在極端溫度下不會腐蝕、熔化或改變形狀。它們也比傳統(tǒng)使用的金屬更輕，降低了高超聲速飛行器的重量，提高了性能。除此之外，金屬3D打印技術(shù)對于諾格來說同樣不可或缺，粉末床熔融和基于擠出的技術(shù)都在被其研究和使用。諾格增材制造研究員埃里克·巴恩斯表示，“自2005年以來，我們一直在飛行器中使用3D打印零件，這一數(shù)量已經(jīng)超過了5000個。

雷神公司展示的高超聲速武器

2022年7月，洛克希德·馬丁公司成功測試了兩枚高超聲速巡航導彈。導彈從B52轟炸機上發(fā)射，以大于5馬赫的速度飛行，飛行高度超過19812米，飛行距離超過482.8千米。2022年5月，洛克達因被洛克希德·馬丁選中提供動力，前者在超燃沖壓發(fā)動機的制造采用了3D打印技術(shù)，并于今年4月成功進行了飛行測試。洛克達因表示，通過使用創(chuàng)新的制造技術(shù)和材料，他們不僅提高了產(chǎn)品性能，同時大幅降低了成本和開發(fā)時間。

洛克達因?qū)?D打印用于高超聲速武器制造

據(jù)悉，從去年九月開始，美國已經(jīng)進行過四次高超聲速吸氣式武器的測試，其中雷神兩次測試均成功，洛克希德·馬丁公司成功一次失敗一次。2022年9月，美國國防部稱，雷神和諾格擊敗了波音和洛克希德·馬丁，獲得美國空軍9.58億美元的高超聲速武器制造合同。

3D打印一體化制造減少了傳統(tǒng)工藝中的焊接流程以及制造成本，同時也更利于尋找減輕重量的方法，以便可以攜帶更多的燃料和載荷。除了在武器制造中直接使用3D打印技術(shù)，美國在可用于高超聲速武器的材料方面也有積累。

2022年4月，NASA官網(wǎng)刊發(fā)消息稱新開發(fā)出一種新型適用于3D打印的高性能合金，可以承受超過1000℃的溫度，更具延展性，比現(xiàn)有最先進的合金壽命長1000倍以上，能顯著提高航空和太空探索系統(tǒng)中零件的強度和耐用性，從而實現(xiàn)更好、更持久的性能。2016年，休斯研究實驗室創(chuàng)新性的提出了3D打印SiOC陶瓷基復合材料的方法，耐高溫溫度超過1700℃，有望用于制造高超聲速飛行器的相關(guān)零件。該技術(shù)受到了美國空軍實驗室的重點關(guān)注。

美國一系列的政策顯示出他們對增材制造技術(shù)的格外重視。

10月，美國白宮發(fā)布更新版《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略》，明確指出，要加大投資，克服阻礙增材制造應用的關(guān)鍵技術(shù)障礙。

5月，美國白宮啟動“AM Forward計劃”，獲得了拜登親自站臺。該計劃要求制定一系列聯(lián)邦政策，為中小企業(yè)制造商發(fā)展3D打印技術(shù)提供融資渠道和技術(shù)援助、投資3D打印領(lǐng)域的勞動力培訓、制定相關(guān)的行業(yè)標準等。最引人矚目的，是要求美國的一些最大的制造商承諾從規(guī)模較小的企業(yè)采購更多3D打印部件。

2021年6月，美國防部研究與工程副部長辦公室發(fā)布國防部5000.93指示《增材制造在國防部的使用》，該指示作為首份面向增材制造（AM）的頂層政策文件，就增材制造在國防部的實施和應用制定政策、明確責任并細化程序。

對增材制造技術(shù)的扶持在拜登政府上臺后顯得尤為明顯。