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工程师开发陶瓷和金属3D打印解决方案 为美国海军在海上制造更换零件

导读: 美国海军是增材制造技术的主要支持者,在船上使用3D打印机可以在偏远地区提供自我维持的能力,使水手和军官可以在船上制造和修理自己工具的零件和部件,而不必回到港口。传统的解决方案是破坏性的和昂贵的,并且相当耗时,而目的只是解决一个小的不能再小的问题。

美国海军是增材制造技术的主要支持者,在船上使用3D打印机可以在偏远地区提供自我维持的能力,使水手和军官可以在船上制造和修理自己工具的零件和部件,而不必回到港口。传统的解决方案是破坏性的和昂贵的,并且相当耗时,而目的只是解决一个小的不能再小的问题。最近,康涅狄格大学(康涅狄格大学)的工程师团队一直在努力工作制定解决这个问题的办法。

UConn的工程师们已经找到了一种方法,让海军船员确定船上机械故障的确切点,否定他们不得不离线进行维修。相反,他们可以使用3D打印技术在海上修理或更换不好的部件,以此节省时间和金钱。

工程师开发陶瓷和金属3D打印解决方案 为美国海军在海上制造更换零件

材料科学与工程系副教授Rainer Hebert是UConn公司普惠增材制造创新中心主任,也是研究团队的领导者。工程师创建了一个设备,使用3D打印金属上的陶瓷来查找有关潜在问题和板上退化的信号,如过热。

通用电气先进制造教授、康大创新合作伙伴执行董事Pamir Alpay教授解释说:“实质上,我们要做的是在增材制造环境中,将两种完全分离的材料(陶瓷和金属)结合起来,在3D打印过程中这样的组合是独特和具有挑战性的。”

与陶瓷和金属增材制造的结合,将为需求行业带来新的机遇,实际上也是全球其他工作的目标,如XJet的新型Carmel系统。

温度变化可能表明船上存在问题。该团队的设备可以同时承载现有组件的重量,同时抵抗现有组件的温度变化。然后,它会产生一个实时的电气信号,提醒机组人员注意温度变化,以及在出现问题的部位上施加多大的压力。

UConn的工程师们也正在研究一种可以在现场部署的制造工艺,一旦原来的金属陶瓷部件出现故障或其他问题,就可以在船上生产3D打印的替换部件。

金属和陶瓷的结合源于海军希望延长船舶维修周期的愿望。据海军工作人员介绍,如果能够实时监测关键部件,并且可以在海上制造更换部件,船舶就不必在线维修和检查。

UConn系统的工作原理是将陶瓷氧化物沉积在结构化的3D打印元件上,这些元件由航空耐高温合金Inconel制成,可耐温度变化。陶瓷氧化物可以感应应变和温度变化,通过无线电频率产生可接近的电信号,为海军工作人员提供宝贵的实时监测。因此,例如,康大指出,一个局部的压力点就像一个小裂缝,可以在成为一个更大的故障点之前被检测和修复,虽然已经有技术可以提醒船员注意特定船区的温度波动。但Alpay说,这种类型问题的确切位置的信号是新的。

Alpay说:“这是一个概念验证研究,表明在保持氧化物功能特性的同时可以做到这一点。”

工程师开发陶瓷和金属3D打印解决方案 为美国海军在海上制造更换零件

据悉,该系统过程的可行性论证已在去年发表在“Acta Materialia”杂志上。

一旦替换部件被3D打印,将会有必要的额外的处理步骤,例如表面平滑和在炉中加热部件以赋予它们特定的性能,但是根据Hebert的说法,如果您权衡这些步骤与节省燃料和重量的可能性结构化船舶部件的按需现场制造和自诊断,潜在的效益远远超过了额外的处理。

虽然康大的陶瓷金属组合也可用于汽车和航空航天应用,但海军现在对这种技术有真正的需求。 此外,Hebert还为海军航空系统司令部(NAVAIR)的两名工程师开发了为期10天的3D打印培训课程,以便为他们提供理论背景信息和实践经验。培训将有助于传播3D打印知识,以及其在更广泛的圈子中的机会、限制和挑战。

根据Hebert的说法,海军和国防应用的潜力是真实的,进一步的基础和应用研究对于在现场使用中获得可重复的结果和复原力是必要的”。

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