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美国海陆两军合作开辟3D打印应用新领域

2015-08-06 09:59
Hsiao Chen
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  美国海陆两军合作开辟3D打印应用新领域,研究利用3D打印测试军事装备结构完整性。

  为了更好的监测军事装备的结构健康,最近,位于美国陆军皮卡汀尼兵工厂的武器研发与工程中心(ARDEC)的工程人员与美海军空中作战中心航空分部(NAWCAD)的工程人员已合作将内部传感器嵌入到3D打印的金属零件中。

  NAWCAD 相关负责人称,当前,海军仅限于使用外部传感器来对军事装备进行结构健康监测。然而,由于外部传感器是在零部件外面工作,它们不一定能准确反应零部件内部损伤。此外,外部传感器不一定能对在严苛环境下运行的、具有复杂形状的零部件进行健康监测,诸如飞机发动机。

  由于美国陆军ARDEC在金属增材制造和传感器嵌入方面的专长,NAWCAD与ARDEC的材料、制造和原型技术分部接洽,以帮助他们制造试样。ARDEC的工程师将力传感器嵌入到3D打印的金属零件中,这在之前从未这样做过。通过将传感器嵌入金属零件中,研究人员尝试获得更精确的数据以及减少噪音。内部传感器能够测量零件特定部分的压力,并告知零件是否挠曲。如果成功,传感器可能被嵌入到飞机或其他技术中,无论运行环境或制造的零件有多么复杂。有可能将传感器放入到飞机的翼梁中,翼梁就在发动机热喷气的后面,以便能够准确判断作用在板上的压力或从发动机上获得的负载或推力。

  对于海军而言,项目最具挑战性的是寻找一种既能经受增材制造工艺,同时又能在嵌入到3D打印的零件时探测应变的传感器。这是一种尝试,以获悉什么会对3D打印零件的结构产生影响,以及如何弱化这种影响。这在很大程度上取决于3D打印的材料行为以及传感器在经受3D打印过程后能否继续使用。

  ARDEC工程师们专为测试3D打印的零件称为拉伸试样,由NAWCAD工程师设计,具有内腔以存放传感器。NAWCAD目前还不具备金属增材制造能力,因此有机会与ARDEC进行合作。ARDEC正在用4340钢粉打印拉伸试样。4340钢粉是一种高强度低合金钢,钢粉参数由ARDEC工程师开发。工程师们利用3D打印建造零件时,打印中途将传感器嵌入型腔。3D打印的零件也将包括传统的外部传感器。在测试阶段,工程师们将把零件拉伸至失效,以确定嵌入的传感器能够提供准确的读数。

  ARDEC的工程师们希望一个月之内就有结果,并认为这次合作是一个如何与其他军种协作而带来各军种较大成功的例证。这一为期六个月的项目来源于海军航空系统司令部(NAVAIR)创新挑战项目,以为海军技术挑战提出独特的解决方案。

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