美國陸軍研究實驗室（ARL）與來自中佛羅里達(dá)大學(xué)（UCF）的研究人員合作，為士兵提供了3D打印重量較輕的武器組件。具體來說，聯(lián)合團(tuán)隊優(yōu)化了稱為WE43的高強度鎂合金3D打印的工藝參數(shù)。輕質(zhì)合金用于通過激光粉末床熔合制造24個微晶格結(jié)構(gòu)，這使科學(xué)家能夠表征其抗壓強度和破壞模式。希望WE43最終將繼續(xù)用于未來的陸軍應(yīng)用。

“我們使用了一種稱為WE43的鎂合金，只有少數(shù)研究人員成功地對其進(jìn)行了3D打印，” ARL 3D打印金屬首席研究員Brandon McWilliams博士說。 “在這項工作中，我們優(yōu)化了工藝，以實現(xiàn)比以前報道的更高的密度，并將其用于生產(chǎn)和表征由WE43組成的晶格結(jié)構(gòu)。”

由UCF和ARL研究人員3D打印的鎂晶格結(jié)構(gòu)。通過UCF拍攝。

鎂WE43用于輕武器系統(tǒng)

鎂Elektron WE43被描述為一種高強度鑄造合金。該材料可在高達(dá)300°C的溫度下使用，并具有250MPa的拉伸強度。通過提供優(yōu)異的機械性能和耐腐蝕性能，WE43以前已在直升機變速箱組件，航空發(fā)動機，高性能汽車甚至導(dǎo)彈中得到使用。結(jié)合金屬3D打印，這種材料有可能在需要時交付關(guān)鍵任務(wù)組件，從而消除了陸軍對時間效率低下的常規(guī)供應(yīng)鏈的依賴。此外，McWilliams認(rèn)為，朝著輕質(zhì)合金3D打印邁進(jìn)將是美國陸軍現(xiàn)代化戰(zhàn)略的關(guān)鍵方面，這使得未來野戰(zhàn)士兵的操作更加容易。

McWilliams補充說：“當(dāng)前的系統(tǒng)太重，這增加了士兵的負(fù)擔(dān)，降低了燃油效率，并降低了任務(wù)效率。作為陸軍研究人員，我的目標(biāo)是進(jìn)行研究，這是從基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究階段成功過渡到實際應(yīng)用的最大機會，從而可以實現(xiàn)過度的轉(zhuǎn)換?！?/span>

ARL 3D打印金屬首席研究員Brandon McWilliams博士。圖片來自ARL。

通過協(xié)作推進(jìn)國防3D打印

自啟動“開放校園計劃”以來，ARL便成為了與行業(yè)和學(xué)術(shù)界在研究項目上合作的重點。除增材制造外，開放校園還旨在利用區(qū)域?qū)I(yè)知識來加速眾多STEM領(lǐng)域的創(chuàng)新。對于UCF項目，ARL研究人員現(xiàn)在將致力于評估其3D打印的WE43鎂零件的應(yīng)變率和彈道特性。該團(tuán)隊還將尋找新的示范應(yīng)用，例如超輕型無人機和地面機器人零件。UCF首席研究員Yongho Sohn教授說：“這是一次令人興奮而又令人振奮的合作，產(chǎn)生了基于對材料和增材制造的基本了解而產(chǎn)生的技術(shù)成就。 McWilliams博士及其團(tuán)隊確定的具有明確科學(xué)目標(biāo)的技術(shù)遠(yuǎn)見是我們做出貢獻(xiàn)的關(guān)鍵。”

陸軍使用了像MQ-1C灰鷹無人機系統(tǒng)這樣的無人機。圖片來自美國陸軍。

與其他武裝部隊一樣，美國陸軍對金屬3D打印并不陌生。本月初，美國應(yīng)用科學(xué)技術(shù)研究組織（ASTRO America）被選中來協(xié)調(diào)美國陸軍的一項新計劃，該計劃的重點是開發(fā)用于生產(chǎn)地面車輛的超大型金屬3D打印機。與UCF的工作類似，該系統(tǒng)將用于對坦克和悍馬車進(jìn)行3D打印，輕巧的裝甲車車身（底盤）的3D打印。

在賓夕法尼亞州立大學(xué)工程學(xué)院的其他地方，研究人員最近被美國陸軍授予了43.4萬美元，用于開發(fā)一種優(yōu)化的3D打印高強度合金的方法。該項目將使團(tuán)隊利用計算機模型開發(fā)基于激光的DED工藝，該工藝能夠印刷出具有增強材料性能的堅固鋼材。

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