來源：3D打印技術參考

公眾號ID：AMReference

近日，3D打印技術參考注意到，美國國防部網站發(fā)布了一項最新的制造技術提案，計劃使用增材制造技術來設計和制造能夠在極端條件下運行的高超音速武器和車輛系統(tǒng)。

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(yè)基礎并確保項目能夠從順利開發(fā)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）的計劃，將相關材料和工藝用于制造超過5馬赫的飛行和機動系統(tǒng)部件。

美國國防部將邀請相關公司（無論大小）以及大學提交使用增材制造開發(fā)高超聲速部件的原型，使用計算機輔助設計軟件和先進材料來制造相關產品。

目前，傳統(tǒng)的制造工藝無法滿足先進高超聲速武器所需的復雜結構零件的制造要求，GAMMA-H計劃將有助于推動增材制造工藝的應用與發(fā)展，以滿足現代高超聲速空氣助燃系統(tǒng)所需的推進和溫度要求。國防部制造技術項目辦公室副主任凱文德弗里斯表示，“我們需要使用增材制造工藝制造的材料來突破極限，科學已經證明這是可以做到的，但應用還不夠廣泛。GAMMA-H計劃將鼓勵繼續(xù)采用這一突破性的技術。”

超燃沖壓發(fā)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(yè)和非傳統(tǒng)國防承包商提供從事國防制造的機會。凱文德弗里斯表示，“GAMMA-H計劃將在增材制造如何應用于吸氣式高超聲速飛行器的研發(fā)和制造方面帶來重大改進。只有通過大、小企業(yè)和學術界的合作才能實現，我們非常有興趣擴大合作伙伴名單——各種規(guī)模的——為高超聲速任務做出貢獻。”

美國正在鼓勵中小型制造基地參與所有先進制造實踐，GAMMA-H計劃已于2022年10月發(fā)布。在制造商和制造商協(xié)會以及國家制造商協(xié)會的支持下，進行全國性的努力，促進制造實踐和工藝發(fā)展，全國各地要為培訓支持國內制造業(yè)所需的勞動力做出努力。

美國高超聲速武器的研發(fā)有幾個主要的參與者，即波音、洛克希德·馬丁以及雷神，他們又分別有專門的超燃沖壓發(fā)動機提供商。2021年6月，美國空軍向三家公司授予了三份為期15個月的合同，以完成高超聲速巡航導彈的初步設計。

雷神的發(fā)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(fā)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武器飛行試驗，發(fā)動機依然由諾格提供。

諾格正在完善一種改變游戲規(guī)則的快速制造工藝，以減少超過一半的成本和時間生產優(yōu)質高溫材料。其可擴展的復合材料3D打印，能夠將連續(xù)纖維增強熱塑性塑料層壓到部件中，滿足高超聲速飛行器的獨特需求。該技術對在數千度高溫下運行的金屬部件至關重要，保證零部件在極端溫度下不會腐蝕、熔化或改變形狀。它們也比傳統(tǒng)使用的金屬更輕，降低了高超聲速飛行器的重量，提高了性能。除此之外，金屬3D打印技術對于諾格來說同樣不可或缺，粉末床熔融和基于擠出的技術都在被其研究和使用。諾格增材制造研究員埃里克·巴恩斯表示，“自2005年以來，我們一直在飛行器中使用3D打印零件，這一數量已經超過了5000個。

雷神公司展示的高超聲速武器

2022年7月，洛克希德·馬丁公司成功測試了兩枚高超聲速巡航導彈。導彈從B52轟炸機上發(fā)射，以大于5馬赫的速度飛行，飛行高度超過19812米，飛行距離超過482.8千米。2022年5月，洛克達因被洛克希德·馬丁選中提供動力，前者在超燃沖壓發(fā)動機的制造采用了3D打印技術，并于今年4月成功進行了飛行測試。洛克達因表示，通過使用創(chuàng)新的制造技術和材料，他們不僅提高了產品性能，同時大幅降低了成本和開發(fā)時間。

洛克達因將3D打印用于高超聲速武器制造

據悉，從去年九月開始，美國已經進行過四次高超聲速吸氣式武器的測試，其中雷神兩次測試均成功，洛克希德·馬丁公司成功一次失敗一次。2022年9月，美國國防部稱，雷神和諾格擊敗了波音和洛克希德·馬丁，獲得美國空軍9.58億美元的高超聲速武器制造合同。

3D打印一體化制造減少了傳統(tǒng)工藝中的焊接流程以及制造成本，同時也更利于尋找減輕重量的方法，以便可以攜帶更多的燃料和載荷。除了在武器制造中直接使用3D打印技術，美國在可用于高超聲速武器的材料方面也有積累。

2022年4月，NASA官網刊發(fā)消息稱新開發(fā)出一種新型適用于3D打印的高性能合金，可以承受超過1000℃的溫度，更具延展性，比現有最先進的合金壽命長1000倍以上，能顯著提高航空和太空探索系統(tǒng)中零件的強度和耐用性，從而實現更好、更持久的性能。2016年，休斯研究實驗室創(chuàng)新性的提出了3D打印SiOC陶瓷基復合材料的方法，耐高溫溫度超過1700℃，有望用于制造高超聲速飛行器的相關零件。該技術受到了美國空軍實驗室的重點關注。

美國一系列的政策顯示出他們對增材制造技術的格外重視。

10月，美國白宮發(fā)布更新版《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略》，明確指出，要加大投資，克服阻礙增材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(lián)邦政策，為中小企業(yè)制造商發(fā)展3D打印技術提供融資渠道和技術援助、投資3D打印領域的勞動力培訓、制定相關的行業(yè)標準等。最引人矚目的，是要求美國的一些最大的制造商承諾從規(guī)模較小的企業(yè)采購更多3D打印部件。

2021年6月，美國防部研究與工程副部長辦公室發(fā)布國防部5000.93指示《增材制造在國防部的使用》，該指示作為首份面向增材制造（AM）的頂層政策文件，就增材制造在國防部的實施和應用制定政策、明確責任并細化程序。

對增材制造技術的扶持在拜登政府上臺后顯得尤為明顯。