來源：3D打印技術參考

公眾號ID：AMReference

近日，3D打印技術參(can)考注意到(dao)，美國(guo)國(guo)防(fang)部(bu)網站(zhan)發布了一項最新的(de)(de)制(zhi)造技術提案(an)，計劃使(shi)用(yong)增(zeng)材(cai)制(zhi)造技術來設(she)計和(he)制(zhi)造能夠在極(ji)端條件下(xia)運行的(de)(de)高(gao)超音速武器(qi)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(ji)劃，將相關材料和工藝用于制造超過5馬赫(he)的飛行和機動系統部件。

美國國防部將邀請相(xiang)關公司（無論(lun)大小(xiao)）以及(ji)大學提交使(shi)(shi)用(yong)增材(cai)制(zhi)(zhi)造開發高超聲速部件的原(yuan)型，使(shi)(shi)用(yong)計算機輔(fu)助設計軟(ruan)件和先進材(cai)料來制(zhi)(zhi)造相(xiang)關產品。

目前，傳(chuan)統(tong)的制造(zao)工(gong)藝無法滿(man)足(zu)先進高(gao)超(chao)聲速武器所(suo)需的(de)復(fu)雜結(jie)構零件(jian)的(de)制造(zao)要(yao)求，GAMMA-H計(ji)劃將有助于推動增材制造(zao)工(gong)藝的(de)應用與發展(zhan)，以滿(man)足(zu)現代高(gao)超(chao)聲速空氣助燃系統所(suo)需的(de)推進和溫度要(yao)求。國防部(bu)制造(zao)技術項(xiang)目辦公室副主任凱(kai)文德弗(fu)里斯表(biao)示，“我(wo)們(men)需(xu)要使用增材(cai)制造工藝制造的(de)(de)材(cai)料來(lai)突破極限，科(ke)學(xue)已經證明這(zhe)是可以做到(dao)的(de)(de)，但應用(yong)還不夠廣泛。GAMMA-H計劃將鼓勵繼續采用(yong)這一突破性的(de)技術。”

超燃沖壓發(fa)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非傳(chuan)統國防承包商提供從事(shi)國防制造的機(ji)會。凱(kai)文德弗里(li)斯表(biao)示，“GAMMA-H計(ji)劃將在(zai)增材制(zhi)造(zao)如何應用于吸氣式高超(chao)聲(sheng)速飛行器的研(yan)發(fa)和制(zhi)造(zao)方(fang)面(mian)帶來重大改進。只有(you)(you)通過大、小企業和學術界的合作才能實現，我們非常有(you)(you)興趣擴(kuo)大合作伙(huo)伴(ban)名(ming)單——各(ge)種規模的(de)——為高(gao)超聲速任務做出貢獻。”

美國正在鼓(gu)勵中小(xiao)型制造基地參(can)與所有先進制造實踐，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(bo)音、洛克希德·馬丁以及雷神(shen)，他(ta)們又分別(bie)有(you)專門的超燃沖(chong)壓發動機提供商。2021年6月(yue)，美國(guo)空軍向三家公司授予了三(san)份為期15個月的合同，以完成(cheng)高超聲速巡航導彈(dan)的初步設(she)計。

雷神(shen)的(de)發動機提供商是諾格，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7月，雷神宣布完成第二次高超音速(su)武器(qi)飛行(xing)試驗，發動機(ji)依(yi)然(ran)由諾格提供。

諾格正(zheng)在(zai)(zai)完善一(yi)(yi)種改變(bian)游戲規(gui)則的(de)(de)(de)快速(su)(su)(su)制(zhi)造工藝，以減少超(chao)(chao)過一(yi)(yi)半的(de)(de)(de)成(cheng)本和(he)時間生(sheng)產優(you)質(zhi)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)材料(liao)。其可擴(kuo)展的(de)(de)(de)復合材料(liao)3D打(da)印，能夠將連續纖維增(zeng)強熱塑性塑料(liao)層(ceng)壓到部件(jian)中，滿足高(gao)(gao)(gao)超(chao)(chao)聲速(su)(su)(su)飛行(xing)器的(de)(de)(de)獨特需求。該技(ji)術(shu)對(dui)在(zai)(zai)數千度高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)下運(yun)行(xing)的(de)(de)(de)金(jin)屬部件(jian)至關重要，保證零部件(jian)在(zai)(zai)極端溫(wen)(wen)度下不會腐蝕、熔化或(huo)改變(bian)形狀。它們也比傳(chuan)統使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)金(jin)屬更輕，降低了(le)高(gao)(gao)(gao)超(chao)(chao)聲速(su)(su)(su)飛行(xing)器的(de)(de)(de)重量(liang)，提高(gao)(gao)(gao)了(le)性能。除此之(zhi)外，金(jin)屬3D打(da)印技(ji)術(shu)對(dui)于(yu)諾格來(lai)說同樣不可或(huo)缺，粉末(mo)床熔融和(he)基于(yu)擠出的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)都在(zai)(zai)被其研(yan)(yan)究和(he)使(shi)用(yong)(yong)。諾格增(zeng)材制(zhi)造研(yan)(yan)究員埃里(li)克(ke)·巴恩斯表示，“自2005年以來(lai)，我們一(yi)(yi)直在(zai)(zai)飛行(xing)器中使(shi)用(yong)(yong)3D打(da)印零件(jian)，這一(yi)(yi)數量(liang)已經超(chao)(chao)過了(le)5000個。

雷神(shen)公司展示(shi)的高超(chao)聲速(su)武器

2022年7月，洛克(ke)希德·馬丁(ding)公司成(cheng)功測(ce)試了(le)兩(liang)枚高(gao)超(chao)(chao)聲速巡航導彈。導彈從B52轟炸(zha)機上(shang)發射(she)，以大(da)于5馬赫的(de)速度(du)(du)飛行(xing)，飛行(xing)高(gao)度(du)(du)超(chao)(chao)過19812米(mi)，飛行(xing)距離超(chao)(chao)過482.8千米(mi)。2022年5月，洛克(ke)達(da)因(yin)被洛克(ke)希德·馬丁(ding)選中提供動力，前(qian)者在超(chao)(chao)燃沖(chong)壓發動機的(de)制(zhi)(zhi)造采用了(le)3D打印技(ji)術，并于今年4月成(cheng)功進行(xing)了(le)飛行(xing)測(ce)試。洛克(ke)達(da)因(yin)表(biao)示，通過使(shi)用創新的(de)制(zhi)(zhi)造技(ji)術和材料(liao)，他們不僅提高(gao)了(le)產品性能，同時(shi)大(da)幅降(jiang)低了(le)成(cheng)本(ben)和開發時(shi)間。

洛克達因將3D打印用于高超聲速武器制造

據悉，從去(qu)年九月開(kai)始，美國已經(jing)進(jin)行過四次高超聲速吸氣(qi)式武器的測(ce)試(shi)(shi)，其中(zhong)雷神兩次測(ce)試(shi)(shi)均成(cheng)功(gong)，洛克希德·馬丁(ding)公司成(cheng)功(gong)一次失敗一次。2022年9月，美國國防部稱，雷(lei)神和諾格(ge)擊敗了波音和洛克希德·馬丁，獲得美(mei)國空軍9.58億美(mei)元的高超聲(sheng)速武器制造合同。

3D打印一體(ti)化制(zhi)(zhi)造(zao)減少了傳統工(gong)藝中(zhong)的焊接(jie)流程以及制(zhi)(zhi)造(zao)成本(ben)，同時也更利于尋找減輕重量的方(fang)法，以便可以攜帶更多的燃料和載荷。除(chu)了在(zai)武器(qi)制造中直接使用(yong)3D打(da)印技(ji)術，美國在(zai)可用(yong)于高超聲速武器(qi)的材(cai)料方面(mian)也有積(ji)累。

2022年4月，NASA官網刊發消息稱新(xin)開發出一(yi)種新(xin)型適用于(yu)3D打印的(de)高性能(neng)合金，可以承(cheng)受超過1000℃的(de)溫度，更具延展性，比現有最先進的合(he)金壽命長1000倍以上(shang)，能(neng)顯著提高航空(kong)和(he)太(tai)空(kong)探索(suo)系(xi)統中(zhong)零件的(de)強(qiang)度和(he)耐用(yong)性，從而實現更好、更持久的(de)性能(neng)。2016年，休斯研(yan)究實驗室創新性的(de)提出了(le)3D打印SiOC陶瓷基復合材料的方法(fa)，耐高溫(wen)溫(wen)度(du)超(chao)過1700℃，有望(wang)用于制(zhi)造高超聲速飛行器的(de)相關(guan)(guan)零(ling)件。該技術受到了美(mei)國(guo)空軍實驗室的(de)重點關(guan)(guan)注。

美國一系列(lie)的政策顯示(shi)出他們對增材(cai)制造(zao)技術的格外重視。

10月(yue)，美國白宮(gong)發布更新(xin)版《先進制(zhi)造業(ye)國家戰略》，明確指出，要加大投資，克服阻礙(ai)增(zeng)材制造應用的關(guan)鍵(jian)技術障礙(ai)。

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)定一(yi)系列聯邦政策，為中小企業制(zhi)造商(shang)發展3D打印(yin)(yin)技術提供融(rong)資(zi)渠道和技術援(yuan)助、投資(zi)3D打印(yin)(yin)領域(yu)的勞動力培訓、制(zhi)定相關的行業標準等。最引人矚(zhu)目的，是要求(qiu)美國的一些最大的制造商承諾從規模(mo)較小的企業(ye)采(cai)購更多3D打印(yin)部件。

2021年6月，美國防部研究與工程副部(bu)(bu)長(chang)辦公(gong)室發(fa)布(bu)國防部(bu)(bu)5000.93指示(shi)《增材制(zhi)造(zao)在(zai)國防部(bu)(bu)的使用》，該指示(shi)作為(wei)首份(fen)面向增材制(zhi)造(zao)（AM）的頂層政(zheng)策文件，就增材制(zhi)造(zao)在(zai)國防部(bu)(bu)的實施和應用制(zhi)定政(zheng)策、明確責任并細化程序(xu)。

對增(zeng)材制造技術的扶(fu)持(chi)在拜登政府上臺后顯得(de)尤(you)為明顯。