來源：3D打印技術參考

公眾號ID：AMReference

近日，3D打印技(ji)術(shu)參考注意(yi)到，美國(guo)(guo)國(guo)(guo)防部網站發布(bu)了一(yi)項(xiang)最新(xin)的制造(zao)(zao)技(ji)術(shu)提案，計劃使(shi)用增材制造(zao)(zao)技(ji)術(shu)來設計和(he)制造(zao)(zao)能夠(gou)在極端條件下運行的高超音速(su)武器和(he)車輛系(xi)統(tong)。

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(de)(de)計劃，將相關材(cai)料和(he)工(gong)藝用于制造超過(guo)5馬赫的(de)(de)飛行和(he)機(ji)動系統(tong)部件(jian)。

美國國防部將邀請相關公(gong)司（無論大小(xiao)）以及大學提交使用(yong)增(zeng)材制(zhi)造開發高超聲速部件(jian)(jian)的原型，使用(yong)計(ji)算機(ji)輔助(zhu)設計(ji)軟件(jian)(jian)和先進材料來制(zhi)造相關產品。

目(mu)前，傳(chuan)統的(de)制(zhi)(zhi)造工(gong)藝無(wu)法滿足先進(jin)高(gao)超聲(sheng)速(su)武器所需的復雜結構零件的制(zhi)(zhi)造要(yao)求，GAMMA-H計劃將有助(zhu)于推動增材(cai)制(zhi)(zhi)造工(gong)藝的應用與發展，以滿足現代高(gao)超聲(sheng)速(su)空氣助(zhu)燃系(xi)統所需的推進(jin)和溫度要(yao)求。國防(fang)部(bu)制(zhi)(zhi)造技術項目辦公室副(fu)主任凱文德弗里斯表示，“我們需要使用增材制造(zao)工藝制造(zao)的材料(liao)來(lai)突破極(ji)限，科學已經證(zheng)明這(zhe)是可以做到的，但應用還不夠(gou)廣(guang)泛。GAMMA-H計劃將鼓勵繼(ji)續(xu)采用這一突破性的技術。”

超燃(ran)沖壓(ya)發動機結構

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(wei)小(xiao)型企業和非傳統國防承包(bao)商提供從事國防制造的(de)機會(hui)。凱文德弗(fu)里斯表示，“GAMMA-H計劃(hua)將在增材制(zhi)造如何應用(yong)于吸氣(qi)式高超聲速飛行器的研發和制(zhi)造方面(mian)帶來重(zhong)大改進。只有(you)通過大、小企業和學(xue)術(shu)界的合(he)作才能實(shi)現，我(wo)們非(fei)常(chang)有(you)興趣擴(kuo)大合作(zuo)伙伴名(ming)單(dan)——各種規模的——為高超聲速任(ren)務做出貢獻。”

美國正在鼓勵中小(xiao)型制造基地(di)參與(yu)所(suo)有先進制造實踐(jian)，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，即波音、洛克希德(de)·馬丁以及(ji)雷神，他們又(you)分別有專門的超燃沖壓發動機提(ti)供(gong)商。2021年6月，美國(guo)空(kong)軍向三家公司授予了(le)三(san)份為期15個(ge)月的合同(tong)，以完成高超聲速巡航(hang)導(dao)彈的初步設計。

雷神的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(shen)宣布完(wan)成第(di)二次高(gao)超(chao)音速武器飛行試(shi)驗，發動機依然由(you)諾格提供(gong)。

諾(nuo)格正在完善一(yi)(yi)(yi)種改變游戲規則(ze)的快速(su)制(zhi)造工(gong)藝，以減(jian)少超(chao)(chao)(chao)過(guo)一(yi)(yi)(yi)半的成本和時間生產(chan)優(you)質(zhi)高溫(wen)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。其可(ke)擴展的復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)3D打(da)印(yin)，能(neng)夠將連續纖維增強熱(re)塑性(xing)塑料(liao)(liao)層壓到部件中，滿足高超(chao)(chao)(chao)聲速(su)飛(fei)行(xing)器的獨(du)特需(xu)求(qiu)。該(gai)技(ji)術(shu)對(dui)在數千度高溫(wen)下運行(xing)的金屬部件至(zhi)關重要，保證零部件在極端溫(wen)度下不會腐蝕、熔(rong)化或改變形狀(zhuang)。它們(men)也比(bi)傳統使用(yong)的金屬更輕，降低了(le)高超(chao)(chao)(chao)聲速(su)飛(fei)行(xing)器的重量(liang)，提高了(le)性(xing)能(neng)。除此之外，金屬3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)對(dui)于諾(nuo)格來說(shuo)同樣不可(ke)或缺，粉末床(chuang)熔(rong)融和基于擠出的技(ji)術(shu)都在被(bei)其研(yan)究(jiu)和使用(yong)。諾(nuo)格增材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造研(yan)究(jiu)員埃里克·巴恩斯表(biao)示，“自2005年以來，我們(men)一(yi)(yi)(yi)直在飛(fei)行(xing)器中使用(yong)3D打(da)印(yin)零件，這(zhe)一(yi)(yi)(yi)數量(liang)已(yi)經超(chao)(chao)(chao)過(guo)了(le)5000個。

雷神(shen)公司展示的(de)高超(chao)聲(sheng)速武器

2022年7月，洛克(ke)(ke)希德·馬丁(ding)公司成功(gong)測試(shi)了兩枚高(gao)超聲速巡航導彈。導彈從B52轟炸機上發射，以大于(yu)5馬赫的(de)速度飛(fei)行(xing)，飛(fei)行(xing)高(gao)度超過(guo)(guo)19812米，飛(fei)行(xing)距離超過(guo)(guo)482.8千米。2022年5月，洛克(ke)(ke)達(da)因被洛克(ke)(ke)希德·馬丁(ding)選中(zhong)提(ti)供動(dong)力，前者在超燃沖壓發動(dong)機的(de)制造采用了3D打印技術，并于(yu)今年4月成功(gong)進行(xing)了飛(fei)行(xing)測試(shi)。洛克(ke)(ke)達(da)因表(biao)示(shi)，通過(guo)(guo)使用創新的(de)制造技術和(he)材料，他們不僅(jin)提(ti)高(gao)了產品性能，同時大幅降低了成本和(he)開發時間。

洛(luo)克達因將3D打(da)印用(yong)于高超聲速武器制造

據悉，從去年九(jiu)月開始，美國已經進行過四次高超(chao)聲速吸氣式武(wu)器的測試(shi)，其中雷神兩次測試(shi)均成(cheng)(cheng)功，洛克希德(de)·馬丁公司(si)成(cheng)(cheng)功一(yi)次失敗一(yi)次。2022年9月，美國國防部稱，雷神和諾格擊敗了(le)波音和洛(luo)克希德·馬丁，獲(huo)得美國(guo)空(kong)軍9.58億美元的(de)高超聲速武器(qi)制造(zao)合(he)同。

3D打印一(yi)體化制造減少了傳統工(gong)藝中的(de)焊接(jie)流程以(yi)及制造成本，同(tong)時也(ye)更利于尋找(zhao)減輕重(zhong)量(liang)的(de)方法(fa)，以(yi)便(bian)可以(yi)攜帶(dai)更多(duo)的(de)燃(ran)料和載荷。除了在武(wu)器制造中直(zhi)接使用3D打印技術，美國在可用于(yu)高超聲速(su)武(wu)器的材(cai)料方面也有積累(lei)。

2022年(nian)4月，NASA官(guan)網刊發消息稱新(xin)開發出一種新(xin)型(xing)適(shi)用于3D打印的高性能合(he)金，可以承(cheng)受超(chao)過(guo)1000℃的(de)溫度，更具延展性(xing)，比現有(you)最(zui)先進的合(he)金壽(shou)命長1000倍以(yi)上，能(neng)顯著提高航空(kong)(kong)和(he)太(tai)空(kong)(kong)探索系統中零(ling)件(jian)的(de)強度和(he)耐用性，從而實現更(geng)好(hao)、更(geng)持久的(de)性能(neng)。2016年，休斯(si)研(yan)究實驗室創新(xin)性的提出了(le)3D打印SiOC陶瓷基復合材料的方法，耐高溫(wen)溫(wen)度超過(guo)1700℃，有望用于制造高超(chao)聲速飛行器的相關零(ling)件。該技術受到了美國空軍實驗室的重點關注。

美國(guo)一系列的政策(ce)顯示(shi)出他(ta)們對增(zeng)材制造技術的格外重視。

10月，美國(guo)白(bai)宮發布(bu)更新版(ban)《先進(jin)制(zhi)造業國(guo)家戰略》，明確(que)指出(chu)，要加大投(tou)資，克服阻礙增材(cai)制造應用的關鍵技術障礙。

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邦政策(ce)，為(wei)中小企業(ye)制造商發(fa)展3D打(da)印技術提供(gong)融資渠道和技術援助、投資3D打(da)印領域(yu)的勞動力培訓、制定相關的行業(ye)標(biao)準(zhun)等。最引人(ren)矚目的，是要(yao)求美國的一些最大(da)的制造商承諾(nuo)從(cong)規模(mo)較小(xiao)的企(qi)業采購(gou)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(gong)室發布國(guo)防部5000.93指(zhi)(zhi)示(shi)《增(zeng)材制造(zao)在國(guo)防部的(de)使(shi)用》，該指(zhi)(zhi)示(shi)作為首份面向增(zeng)材制造(zao)（AM）的(de)頂層政策文件，就(jiu)增(zeng)材制造(zao)在國(guo)防部的(de)實(shi)施和應用制定政策、明(ming)確(que)責任(ren)并細化程序。

對增(zeng)材制造技術的(de)扶持在拜登政(zheng)府上臺(tai)后顯(xian)得尤為(wei)明(ming)顯(xian)。