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(fa)布了一(yi)項最新的(de)制造技術提案，計劃使用增材(cai)制造技術來(lai)設計和制造能夠在極(ji)端條件下運行的(de)高超音速武(wu)器(qi)和車(che)輛系統。

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)計劃，將相關材料(liao)和(he)工藝用(yong)于(yu)制造超過5馬(ma)赫的(de)飛(fei)行和(he)機動系統部件。

美國國防部(bu)將邀(yao)請相關公司（無論大小）以及大學提交(jiao)使用增材制(zhi)造(zao)(zao)開發(fa)高超聲速部(bu)件(jian)的原(yuan)型，使用計算機輔助(zhu)設計軟件(jian)和先進(jin)材料來制(zhi)造(zao)(zao)相關產品(pin)。

目前，傳統(tong)的制造工藝無法滿足(zu)先進(jin)高超(chao)聲速(su)武(wu)器所需的(de)復雜結(jie)構零件的(de)制造要求，GAMMA-H計劃(hua)將(jiang)有助(zhu)于推動增材制造工藝的(de)應用與發展，以(yi)滿足(zu)現代高超(chao)聲速(su)空氣助(zhu)燃系(xi)統所需的(de)推進(jin)和溫度要求。國(guo)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(tu)破極限，科學已經證明這(zhe)是(shi)可以做到的，但(dan)應用還不夠廣泛(fan)。GAMMA-H計(ji)劃將鼓勵繼續(xu)采用這一突破性的技術。”

超燃(ran)沖(chong)壓發動機結構(gou)

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)小型企業和非(fei)傳統國防(fang)承包商提(ti)供從事國防(fang)制造的機會。凱文德(de)弗里斯(si)表示，“GAMMA-H計劃將(jiang)在增材制(zhi)造如何應用(yong)于吸氣式(shi)高超聲速飛(fei)行器的研發和(he)制(zhi)造方面帶來重(zhong)大(da)改(gai)進。只有通過大(da)、小企業和學術界的(de)合作才(cai)能實現，我們非常有興(xing)趣擴大(da)合(he)作伙(huo)伴名單(dan)——各種規模的——為(wei)高超(chao)聲(sheng)速任務做出貢獻。”

美國正在(zai)鼓勵中(zhong)小型制造(zao)基地參(can)與所有先進制造(zao)實踐，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·馬丁以及雷神，他們又分別(bie)有專(zhuan)門的超燃沖(chong)壓(ya)發動機提供(gong)商。2021年6月(yue)，美國空(kong)軍向三家公(gong)司授予了三份(fen)為期15個(ge)月的合同，以完成高超聲速巡航導彈(dan)的初步設(she)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(nian)7月，雷神宣布完成第二(er)次高超音速武器飛(fei)行試驗，發動機依(yi)然由諾格提供。

諾格(ge)正在(zai)完(wan)善一(yi)種改變游戲規(gui)則的(de)快速制(zhi)造(zao)工(gong)藝，以(yi)減少超過一(yi)半的(de)成(cheng)本(ben)和(he)時間生產優(you)質高(gao)(gao)溫材(cai)料(liao)。其可擴(kuo)展的(de)復(fu)合材(cai)料(liao)3D打印，能(neng)(neng)夠(gou)將連續纖維增強熱塑(su)性(xing)塑(su)料(liao)層壓(ya)到部件(jian)中，滿足高(gao)(gao)超聲速飛行器的(de)獨特需求。該技(ji)術對(dui)(dui)在(zai)數千度高(gao)(gao)溫下運行的(de)金屬部件(jian)至(zhi)關重(zhong)(zhong)要，保證零(ling)(ling)部件(jian)在(zai)極端溫度下不(bu)會腐蝕、熔化或(huo)改變形狀。它們(men)也(ye)比傳統使用的(de)金屬更輕，降低(di)了(le)高(gao)(gao)超聲速飛行器的(de)重(zhong)(zhong)量，提高(gao)(gao)了(le)性(xing)能(neng)(neng)。除此之外，金屬3D打印技(ji)術對(dui)(dui)于諾格(ge)來說同樣不(bu)可或(huo)缺，粉末床熔融和(he)基于擠出的(de)技(ji)術都在(zai)被其研(yan)究和(he)使用。諾格(ge)增材(cai)制(zhi)造(zao)研(yan)究員(yuan)埃里克·巴(ba)恩斯表示，“自2005年以(yi)來，我們(men)一(yi)直(zhi)在(zai)飛行器中使用3D打印零(ling)(ling)件(jian)，這(zhe)一(yi)數量已經超過了(le)5000個。

雷神(shen)公(gong)司展示的高超聲速(su)武器(qi)

2022年(nian)(nian)7月，洛克(ke)希德(de)·馬丁(ding)公司成(cheng)(cheng)(cheng)功測(ce)(ce)試(shi)了兩(liang)枚(mei)高(gao)超(chao)(chao)聲(sheng)速(su)巡航導彈。導彈從B52轟炸機上發(fa)射(she)，以大(da)于5馬赫的(de)(de)速(su)度(du)飛(fei)行，飛(fei)行高(gao)度(du)超(chao)(chao)過19812米，飛(fei)行距離超(chao)(chao)過482.8千米。2022年(nian)(nian)5月，洛克(ke)達(da)因(yin)被洛克(ke)希德(de)·馬丁(ding)選(xuan)中提供(gong)動力，前者在超(chao)(chao)燃沖壓(ya)發(fa)動機的(de)(de)制(zhi)(zhi)造采用了3D打印技術(shu)，并于今年(nian)(nian)4月成(cheng)(cheng)(cheng)功進行了飛(fei)行測(ce)(ce)試(shi)。洛克(ke)達(da)因(yin)表示，通過使用創(chuang)新的(de)(de)制(zhi)(zhi)造技術(shu)和材料，他(ta)們不(bu)僅提高(gao)了產品性能(neng)，同時(shi)大(da)幅(fu)降低了成(cheng)(cheng)(cheng)本和開發(fa)時(shi)間(jian)。

洛克(ke)達因將3D打印用(yong)于高超(chao)聲速(su)武器制造

據悉，從(cong)去年九月開始，美國已(yi)經進行過四次高超聲速吸(xi)氣式(shi)武器(qi)的測試，其中雷(lei)神(shen)兩次測試均成(cheng)功，洛克希(xi)德·馬丁公司成(cheng)功一次失(shi)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(ding)，獲得美國(guo)空軍9.58億美元的高超聲(sheng)速武器制造合(he)同。

3D打印一體(ti)化制造減(jian)少了傳統工藝中的焊接流(liu)程以及(ji)制造成本，同時也更(geng)利于尋找減(jian)輕重量的方法，以便可以攜(xie)帶更(geng)多的燃料和載荷。除了(le)在武器(qi)制(zhi)造(zao)中直(zhi)接(jie)使用3D打印技術(shu)，美國在可用于高超聲速武器(qi)的(de)材料方面也有積累。

2022年4月，NASA官網刊發(fa)消息(xi)稱新開發(fa)出一(yi)種(zhong)新型適(shi)用(yong)于3D打印的高性能合金，可以承受超(chao)過1000℃的溫度，更具延(yan)展性，比現有最(zui)先進的合金壽命長1000倍以上，能顯著(zhu)提高航空和(he)太(tai)空探索系統(tong)中零件的強度和(he)耐用(yong)性(xing)，從而實現(xian)更好(hao)、更持久的性(xing)能。2016年，休斯研究實驗室創(chuang)新性的提出了3D打(da)印SiOC陶瓷基(ji)復合材料的方法，耐高(gao)溫溫度超(chao)過(guo)1700℃，有望用于制造高(gao)超聲速飛行器的(de)相(xiang)關零(ling)件。該技術受到(dao)了美(mei)國(guo)空(kong)軍實驗室的(de)重點(dian)關注。

美國(guo)一(yi)系列的(de)政(zheng)策顯(xian)示出他們對增材(cai)制造技術(shu)的(de)格外重(zhong)視。

10月，美國白宮發布(bu)更新版《先進制(zhi)造(zao)業國家戰略》，明確(que)指出(chu)，要(yao)加大投資，克服(fu)阻礙增材(cai)制造(zao)應(ying)用的關(guan)鍵技術(shu)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(zhi)定一系列聯邦政(zheng)策，為中小企業制(zhi)造商發展3D打(da)印(yin)技(ji)術提供融資渠(qu)道(dao)和(he)技(ji)術援助、投資3D打(da)印(yin)領域的勞動力培(pei)訓、制(zhi)定相關的行業標準(zhun)等(deng)。最引人矚目的，是要求(qiu)美(mei)國(guo)的一(yi)些最(zui)大的制(zhi)造(zao)商(shang)承諾(nuo)從規模(mo)較小的企業采購(gou)更多3D打印部件。

2021年6月，美國防部研究與工(gong)程副部(bu)長辦(ban)公室發布(bu)國防部(bu)5000.93指(zhi)示《增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造在(zai)國防部(bu)的(de)使用》，該指(zhi)示作為首份面向增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造（AM）的(de)頂層政策(ce)文(wen)件，就增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造在(zai)國防部(bu)的(de)實施和應用制(zhi)定政策(ce)、明確責(ze)任并細化程序。

對(dui)增材制(zhi)造技術的扶持在拜(bai)登政府上臺后顯得尤為(wei)明(ming)顯。