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美国家实验室研究3D打印生产大型航空航天零件-【新闻】

发布时间:2021-05-28 16:50:30 阅读: 来源:外墙保温装饰板厂家

美国家实验室研究3D打印生产大型航空航天零件

中新网11月12日电 据中国国防科技信息网报道,位于美国田纳西州的橡树岭国家实验室(ORNL)正将数以千计的3D打印设备安置在学校中,为未来设计者和工程师提供经验和技术。同时,橡树岭国家实验室正在增材制造设备供应商如Arcam公司合作,将增材制造技术扩大至新的金属和更大零件的制造中。

增材制造已抓住工业界的想象力,但就在某个零件首次出现在发动机内部时,增材制造技术的可能性才刚刚得以实现。3D打印使新材料和优化设计成为可能,随着研究人员对这些新材料和设计进行试验,制造业变革的潜在规模正在逐步明朗。

欧洲宇航防务集团(EADS)创新工厂和EOS是一家在直接金属激光烧结领域的领先者,其已在空客A320飞机上用增材制造的钛零件取代铸钢的机舱铰链支架,将金属优化放置在承重的地方,削减了75%的原材料消耗量,每个安装坐垫片节省了10千克,减少了生产、运行和寿命周期结束中的能源使用和废气排放量。

目前面临的挑战是超越当前的材料和设计。为此,位于美国田纳西州的橡树岭国家实验室(ORNL)正将数以千计的3D打印设备安置在学校中,为未来设计者和工程师提供经验和技术。该实验室已帮助当地高中开展首个机器人竞赛——包括建造首个全增材制造的机器人。年初,ORNL已在学校安置了250台设备,实验室计划2014年安置3000台设备,接下来是4000台,最终达到28000台,这样在首个机器人竞赛中的每个高中都有一台设备。

寻求超越消费设备,橡树岭国家实验室正在推动增材制造在可打印的材料、部件的复杂性和规模方面的能力。该实验室尚未完成或许是目前最复杂的全增材设计:为海军研究办公室设计的一款具有两只手臂、中等浮力的水下机器人。液压和布线通道、气缸和活塞凸轮驱动关节所有这些都集成在打印的金属手臂内部。没有外部的管道或电线。拉乌称,“我们正在推动增材制造和机器人技术的结合。”

同时,橡树岭国家实验室正在增材制造设备供应商如Arcam公司合作,将增材制造技术扩大至新的金属和更大零件的制造中,包括铬镍铁合金718的激光烧结,该材料是一种用于涡轮叶片中的耐高温合金。但一些最令人兴奋的工作涉及到增强型塑料的打印。目前的3D打印聚合物零件强度较低,可用于管道但并非承力部件。该实验室目前已经开发出一种方式,将增强型碳纤维注入原材料中,打印可承力的零件。

采用常规方法切削的碳纤维厚度为5~7微米,难以挤入被送入熔融沉积成形(FDM)设备中的0.25英寸直径的热塑性长丝。橡树岭国家实验室已经开发出一种生产直径小于500毫微米纤维的方法。

沉积科学和技术小组领导者Chad Duty称,这些纳米纤维被切削得足够小,能够混入FDM原材料中,但却有足够高的长度直径比率,以达到相辅相成的效果。与6000系列铝材料优势相当是可能的。

将增强型纤维注入原材料中是实现航空航天大型零件——60~100英尺零件3D打印的关键。橡树岭国家实验室呼吁这种增材制造采用广泛区域合作,并已经与洛克希德·马丁公司和一家设备制造商开发此能力,最初生产低成本磨具,但最终要打印结构,如大型无人机的机翼。

拉乌称,采用3D打印的大型零件可能会出现变形,因为有些区域因冷却率不同导致厚度不同,这是增材制造面临的核心技术挑战。将13%切削的碳纤维添加到热塑性颗粒原料,其强度可提高2倍,刚性可提高4倍,并能阻止材料冷却时零件的变形。

橡树岭国家实验室的下一步工作是,与设备供应商合作建造一个独立的设备原型,可实现塑料零件打印,把零件加工成最终形状,并对其碳纤维束架构进行重新包裹,以生产大型结构组件。

橡树岭国家实验室先进制造项目主任克雷格·布鲁表示,“我们与设备制造商合作,因为OEMs在其整个供应基地中想要这种技术。”(宋文文)

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