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美國空軍理工學院開發用于3D打印彈藥的高強度鋼

時間:2019-09-05 08:13 來源:中國3D打印網 作者:中國3D打印網 閱讀:
      中國3D打印網9月5日訊,美國空軍理工學院(AFIT)開發了一種用于武器應用的高性能3D打印鋼AF-9628。由Erin Hager上尉領導,并由空軍研究實驗室(AFRL)彈藥理事會贊助,這種粉末床熔合(PBF)技術使得鋼的生產具有比傳統AM合金更高的拉伸強度。使用這種方法生產3D打印的復雜彈藥,然后進行測試,為更輕的彈藥鋪平道路。
用AF-9628粉末印刷各種零件后,上尉Erin Hager分析了產生的孔隙率,強度和沖擊韌性
   用AF-9628粉末印刷各種零件后,上尉Erin Hager分析了產生的孔隙率,強度和沖擊韌性。照片來自空軍理工學院。
 空軍級鋼AF-9628
       AF-9628由AFRL的Rachel Abrahams博士開發,是一種具有高強度和韌性的鋼合金。在最初的開發中,AF-9628被用來制造具有所需爆炸輪廓的掩體炸彈。與HP-9-4-20(一種用于Massive Ordnance Penetrator武器系統的鋼)相比,AF-9628是獨一無二的,因為它不含鎢。
     盡管AF-9628的配方比傳統彈藥中使用的普通牌號貴,但其成本卻低于其他高性能鋼合金,包括Eglin Steel和HP-9-4-20。對于這些吸引人的特性,特別是其高強度,研究實驗室確定AF-9628是增材制造的最佳材料。
       3D打印越來越多地融入軍隊的運作中。此前,空軍利用該技術為傳統飛機打印低成本替換零件。在美國陸軍,3D打印已被用于按需生產工具和備件。美國陸軍研究實驗室(ARL)有多項技術進步計劃,包括使用空軍鋼合金AF96粉末為地面車輛3D打印高強度備件。
3D打印鈦合金零件為研究人員提供了高強度,耐熱性能
 3D打印鈦合金零件為研究人員提供了高強度,耐熱性能。照片來自美國陸軍/大衛麥克納利。
 粉末床熔合鋼合金
      合金的粉末床熔合一直是具有挑戰性的。這是某些合金不會熔化并且在形成零件時易于破裂的結果。在確定AF-9628是否可打印時,Hager專注于首先表征粉末的形狀和大小,然后研究并確定它是如何隨著熔化和篩分而變化的。在AFIT的掃描電子顯微鏡下進行檢查。后來,代頓大學研究所使用尺寸表征光學顯微鏡進行了性能測試。一旦Hager確定金屬粉末在機器中可預測地熔化,就會產生實際的測試物品。在對各種零件進行3D打印后,Hager分析了所得的孔隙率,強度和沖擊韌性。
      令Hager驚訝的是,她的3D打印合金零件表現出良好的機械性能,沒有開裂跡象。滿足所需的10%伸長率,表明強度增加而不變脆。事實上,輸出與傳統的鍛造和熱處理AF-9628零件非常相似。
Erin Hager上尉將粉末狀的AF-9628鋼倒入粉末床熔接機中
 Erin Hager上尉將粉末狀的AF-9628鋼倒入粉末床熔接機中。照片來自空軍理工學院。
3D打印彈藥
     在成功地3D打印簡單零件之后,他們嘗試了更復雜的設計,例如幾個復雜的拋射物。在AFIT使用兩臺機器,Hager 3D打印了約130個零件,包括30個小圓柱,60個大圓柱,20個拉伸條和20個沖擊試樣。
      Hager制造的零件適用于武器應用。雖然測試的粗糙度和孔隙率在功能部件中并不理想,但是注意到這些性能適合作為一次性物品的彈藥的部件。結果還表明,在極限拉伸強度方面,用AF-9628加成制造的部件比傳統AM合金強約20%。增材制造允許武器工程師只在需要的地方對彈藥施加重量。根據Hager的說法,這最終“可以使更輕的彈藥變得更加深入,因此飛機可以攜帶更多的武器。”目前,AF-9628粉末只能以非常小的批量生產。
      現在,AFRL的彈藥管理局領導了涉及3D打印彈藥的進一步研究工作。該局旨在制造具有精確控制碎片和爆炸壓力剖面的彈藥,以最大限度地減少附帶損害。
 AF-9628粉末加工制造零件的熱成像。

   AF-9628粉末加工制造零件的熱成像。 照片來自空軍理工學院。

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(責任編輯:admin)

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