美国空军在 3D 打印领域的深耕

2024 年 7 月 4 日，南极熊获悉，美国空军是目前 3D 打印领域最大的资助机构之一，3D 打印行业在根本上受到美国空军需求的影响。空军在 3D 打印中投资的领域包括更好的 3D 打印和加工、电子 3D 打印以及维护和运行 (MRO)。



优化 3D 打印

美国空军研究实验室（AFRL）和美国空军致力于优化 3D 打印，进行大量研究以实现 3D 打印工业化并降低成本。空军的努力重点是改进工艺以扩大航空航天零件的生产规模，下述为空军为了 3D 打印优化技术开发的项目和进行的投资：


△ 隶属于空军特种作战司令部的 CV-22 鱼鹰

● 增材制造建模挑战赛：2019 年 11 月，AFRL 组织了这项挑战赛，以评估社区预测 LPBF 部件性能的能力。这场竞争激烈的挑战赛最终由达索系统政府解决方案公司和几所顶尖大学赢得胜利。
● 其他挑战：AFRL 还举办了多项挑战，包括扫描挑战和其他专注于 3D 打印的挑战。
● 合作伙伴关系：IperionX 和 QuesTek 均赢得了 AFRL 挑战，与 NASA 的合作展示了高温复合材料的创新解决方案。
● 技术改造： AFRL 向 CTC 提供资金，以使 SLM Solutions 机器适应其特定需求。
● 先进研究： 利用 X 射线检查零件特性，研究更好的熔池动力学，并与 Barnes Group 等机构合作推进 3D 打印技术，还获得了多项聚合物和金属粉末床的先进工艺控制的合同。
● 重大投资：投资 125 万美元用于现场建模、870 万美元用于 Relativity Space，以及参与 1200 万美元的 America Makes 项目。

3D 打印电子产品

利用 3D 打印技术，可以实现设备的保形，使设备更容易集成到现有的腔体或工艺中。3D 打印电子产品可能看起来只是 3D 打印潜力的一小部分，但飞机上有数百公里的机载线路，线束在飞机和 UAS 上非常重要。对于无人机来说，机内没有飞行员意味着工程师无需在机内爬来爬去进行维护，可以简单地将无人机拆开并进行维修，或者可以立即更换整个组件。利用数字布线可以显著减少线束，从而减轻飞机重量并改变外形尺寸。

● 可拉伸表面：2017 年，AFRL 与 American Semiconductor 合作制造柔性微控制器，制造了一种 3D 打印的更高效的机翼，其表皮可拉伸，可在表面不变形的情况下移动。在另一个可拉伸项目中，AFRL 与哈佛大学的 Wyss 研究所合作开发了一种柔性 3D 打印技术，使用导电油墨和银熔 TPU 3D 打印 LED 灯，并将微控制器放置在打印结构中。在另一个大规模项目中，AFRL 花费了 1.54 亿美元用于柔性 3D 打印电子产品。
● 电力：空中客车和其他公司正在研究电动飞机，利用 3D 打印技术制造更便宜的太阳能电池具有很大的意义。

维护和运行 (MRO)

MRO 通常是军方关注的重点。对于空军来说，维护和更换零件需要很大的成本和劳动力。零件必须提前制造并储存在世界各地，数十年来会耗费数十亿美元的资金。此外，某个关键零件可能无法在特定飞机上使用。通过 3D 打印进行数字库存和 MRO 可以节省大量资金，空军能够更高效、更快速地维持自身运转。

● 停产：AFRL 与 America Makes、代顿大学研究所和 YSU 合作，开发了一个由 25 家公司参与、耗资 800 万美元的MRO 项目，用于处理停产的旧飞机和难以获取的零部件。
● 材料挤压：第 910 维修组获得7.2 万美元，用于购买 AON3D 高温材料挤压系统，而另一个项目向 Juggerbot 提供了 400 万美元，用于将中型材料挤压与直接写入相结合。材料挤压提供低成本组件，可以在当地制造。
● 发动机：空军测试了发动机部件并研究了 3D 打印的 MRO 飞机发动机部件。


△ Anthony Brown 中士使用软件在数字牙齿模型上以数字方式设计夜间护齿器

美国空军的其他关注点

● 太空时代：空军资助了一个轨道天线项目，以更低的成本制造更高效的天线，提高通信成本效益。
● 建筑材料：Branch Technology 正在制造3D 打印绝缘套件，将改装到现有建筑物中，耗资 113 万美元。
● 复合材料：空军在复合材料方面进行了广泛的研究，包括 3D 打印机翼复合材料。
● 工具：许多航空结构和其他飞机部件都是通过铣削或 3D 打印的工具间接制造的。
● 软件和数字：他们还旨在保护 3D 打印信息空间，这解释了他们与首尔成均馆大学在网络安全和 3D 打印方面的合作。
● 新材料：虽然超级合金和 PAEK 等先进聚合物是在 20 世纪 70 年代开发的，但自那以后，材料开发几乎没有取得突破性进展。空军正在研究 ODS 材料、金属间化合物和其他较新的材料，包括3D 打印铍等项目。


△ 希尔空军基地的 C-130 运输机维护工作

美国空军在 3D 打印领域投资项目的广度和深度说明空军和 3D 打印行业对于彼此都至关重要。空军目前是 3D 打印最大的资金合作伙伴，参与了从初步研究到非常成熟的应用等各个方面。更重要的是，空军不仅仅是在研究、探索或尝试开发 3D 打印，而是希望在 3D 打印技术实力方面保持在世界先进行列。