外媒称之为,增材生产技术是材料科学家的梦想,同时也是工程师的梦魇。对美空军研究实验室(AFRL)材料和制造局的科学家及工程师来说,增材生产(又名“3D打印机”)可以沦为较慢创意的有力工具。增材生产是美空军正在大大探寻的一个充满著机遇和挑战的领域。

材料和制造局增材生产负责人及材料科学家米勒称之为,增材生产使美空军需要生产独一无二的外形,为有数结构加到额外功能和能力。彻底说道,它容许美空军新的定义生产的概念。传统生产方法构成于工业革命时期。许多工艺都拒绝材料从较小的外形开始制取或修形,进而构成特定的设计。

增材生产则与之忽略,它是由美国材料和试验协会定义的、在3D模型数据基础上将材料逐级相加相连在一起的工艺。增材生产不仅提升了设计的可能性,还为创意公里/小时,为利用较少的容许条件生产更加相似工程师有可能必须的物体获取了一种替代方案。

传统生产工艺仅次于的问题是时间。生产是一个递归的过程,必须多次尝试才能获得适合的模型。除了必需花费时间生产生产简单部件的工具,还要花费更好的时间改动初始设计。增材生产不仅减少了加工的成本,还延长了交货的时间。

初期错误会导致相当严重的影响。▲增材生产是美空军正在大大探寻的一个充满著机遇和挑战的领域，彻底说道，它容许美空军新的定义生产的概念早期发展增材生产对美空军来说并非新鲜事物。

美空军对这种生产能力的研究始自20世纪80年代,与工业上的较慢原型概念同时再次发生。较慢原型概念在基于这样的前提下产生,即工程师在产生某种点子进而想生产某种物体时,可以采访一家商店,利用一台打印机“打印机”出有这种物体,这种物体一般来说由塑料做成。当时的重点是生产功能性的原型或相似所须要零部件的对象,但材料缺少适当的强度。

早期的增材工艺用于光与一定体积凝胶中的特定部分再次发生化学反应,以此建构刚性的塑料部件。该技术更进一步演进为还包括熔融长丝造型在内,其中塑料线的纤维被熔融并相连在一起构成新的物体。其他基于粉末的方法则用于利用激光熔融成形的塑料薄片。

到20世纪90年代初,科学家们了解到,这种增材生产工艺可用作生产金属物体。但依赖当时技术生产出有的未加工的大型部件其表面不尽如人意。

直到21世纪末期,激光技术发展充足成熟期,才以求推展这个领域确实向前迈向,并更进一步促使了今天整个航天工业都在执着的3D打印机革命。转而生产零部件随着增材生产从一种研发原型的手段发展沦为一种实际生产的方法,它的应用于及为美空军带给的益处也大大增加,并且潜力极大。在低产量条件下生产自定义零部件和独有简单几何形状物体可以协助美空军确保老化的飞机机队。自定义工具、发动机部件和轻量型零部件可获取更佳的确保,缩短飞机寿命。

但为增材生产研发高质量材料,依然是空军研究实验室人员正在希望解决问题的难题。随着将其视作老化机队的替代品或新武器系统中的系统级推动者,工程师们必需对增材生产生产的零部件替代品充满信心,米勒称之为,在如何用于这种技术以及哪些应用于尤为有效地方面,美空军还须要展开研究,这是美空军探寻增材生产技术的基础。

▲随着将其视作老化机队的替代品或新武器系统中的系统级推动者，工程师们必需对增材生产生产的零部件替代品充满信心向功能性应用于伸延经过几十年的发展,增材生产的应用于早已打破了塑料和金属零部件。贝里根是材料和制造局负责管理功能性材料增材生产的主管,目前正在探寻利用增材生产工艺将功能映射结构的方法,例如通过在非传统表面上加到电子电路或天线等等。

随着对活动跟踪器和性能监视器等灵活性设备的市场需求减少,对这些设备展开有机供电的市场需求也在减少。增材生产工艺需要使研究人员以给定形状或给定柔性形状参数生产电子设备,贝里根领导的团队正在找寻有所不同的方法来生产电路,使它们需要倾斜或黏附到新的表面或几何形状上(如一个圆顶或一个补丁)。从本质上说道,团队正在找寻在有数的系统表面加到能力的方法。

传统电路生产必须以图案化方式层压一系列导电层和绝缘层,进而产生刚性电路板。这些电路的电子性质是人们熟悉掌控的,而且工程师需要基于未知概念保证电路按照预期展开。

贝里根说明称之为,对3D打印机的电子来说,导电材料被分为数百万个小块并漂浮在液体中,然后从打印机中分配,打印机之后,这些独立国家的导电块必需维持认识,以便使电子通过电路移动进而产生能量。这样做到的目的是提供低成本、灵活性的电子设备,这些必要载入的增材生产工艺获取了其他工艺无法构建的设计能力。

面对的挑战和未来潜力尽管增材生产工艺经历了多年发展和研究,但AFRL研究人员才会在继续执行层面上解决问题许多难题,以便使美空军从当前和未来的技术上获益更大。彻底说道,这些挑战归因于于材料加工的问题。缺少标准化的生产工艺和质量保证方法,材料经常出现根本性变化以及材料性能减少等意味着是AFRL研究人员必须解决的部分艰难。各不相同有所不同的应用于,材料的性能关系到零部件的强度。

例如,增材生产生产的电路的电子特性有可能比传统生产的电路更差。另一个问题是基本材料的兼容性,例如在增材生产中不会经常出现很多有所不同的模块,保证材料彼此黏附或零部件需要忍受一定的压力或温度,这些都是AFRL必须应付的挑战。

根据贝里根的众说纷纭,增材生产的长年目标是需要将独有的零部件构建到系统当中。

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