拆解黑鹰直升机:3D打印用于军事武器的流程、要求、潜力

3D打印快讯
2020
10/19
10:19
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南极熊导读:无论是电视机、汽车,还是直升机、战斗机,如果某个零件坏了,想急用但又没有备件,怎么办?直接3D打印一个进行使用,或许是很好的办法。但是问题来了,在进行3D打印零件之前,需要详细的3D模型数据。
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南极熊了解到,美国陆军材料司令部,正在研究如何3D扫描成千上万的黑鹰直升机零件。一种方法:将整架直升机拆开。

华盛顿消息:美国航空与导弹司令部负责人2020年10月15日告诉堪萨斯州威奇托州立大学,一架陆军“黑鹰”直升机正在逐一拆开,扫描每个组件以创建可用于3D打印的详细三维模型。
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AMCOM首席少将托德·罗亚尔(Todd Royar)解释说:“我们目前正在拆卸UH-60 Lima利马机。” “ 对每个零件,正在进行扫描,进行3D模型化,并将其放入CAD [计算机辅助设计]文件中……未来可以随时调用这些数据。”

“黑鹰”UH-60L直升机到底有多少个不同的组件?


Royar说:“我们预计可能会获得大约20,000个结构零件。我们将对每个零件进行研究并评估,查看是否可以安全、经济地替换为3D打印版本。”

陆军物资司令部的其他部门正在进行更大的努力。维持和维护地面车辆的Tank-Automotive Command(TACOM)正在评估约48,000个零件是否适合3D打印。通信电子司令部(CECOM)正在评估的零件数量为大约98,000。

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△工人在伊利诺伊州Rock Island Arsenal检查3D打印的零件

司令官米切尔·基尔戈少将说,CECOM距离目标还不到三分之一。他说,到目前为止,他们已经对31%的零件(超过30,000个零件)进行了评估,发现252个零件是适合3D打印的,不到百分之一。

为什么这么难?3D打印机可以做得足够简单,供小孩使用。但是,如果您要打印可在战斗或飞行中使用的零件,则不能只盯着原始零件数据,而需要进一步推测出要进入3D打印机的尺寸。即使是详细的扫码数据,也可能没有足够的细节来将2D工程图转换为足够精确的3D模型来进行打印。
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现在,使用现代数字设计技术的公司,一般会对新零件制作3D模型,并且通常与政府共享这些模型。例如,TACOM拥有用于新型步兵小队车辆的数据文件,并计划3D打印某些零件用于概念验证阶段。但是,对于大量的较旧零件,根本就不存在数字模型,其中一些可以追溯到几十年前。维护成本非常高!

要建立一个不存在的模型,您需要使用专门的扫描仪,有些是手持式的,有些则安装在机械臂上的,将每个零件的三个维度映射成一个CAD文件。

这只是复杂过程中的一步。TACOM司令达伦·沃纳将军(Darren Werner)将军解析,在陆岛军械库负责陆军新的先进卓越制造中心。

您必须研究和分析零件,判断识别哪些零件适合3D打印,因为并非所有零件都适用。例如,某些组件可能承受的压力过大,以至于最好使用传统的“减法”制造方法从单个固体金属块中进行加工,而不是通过增材制造逐层地将对象层叠起来的增材制造。它们可能需要用3D打印机无法打印的特殊材料,或经过特殊处理。它们可能太大了,3D打印机打印不了这么大的。Werner说,在Rock Island上,他们可以进行3D打印的最大物品大约是酒店迷你冰箱的大小。其他可能是可以打印,但传统工艺更便宜。所以一个零件是否适合3D打印,需要分析经济因素,而不仅仅是一个工程问题。
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一旦确定了合适的零件,就需要证明3D打印版本是安全可靠的。在审查任何主要结构的工程图纸时,图纸中规定了许多内容(即公差、所需材料资格、热处理、特定试验规范等)之外,安全性是是军事应用中最苛刻且最耗时的部分之一,特别是对于必须满足陆军和FAA飞行安全标准的飞机。新的后勤战车支持外地部队,正在进行的海军招标(驱逐舰和潜艇)将需要大量指定材料,以支持现场3D打印,并在海上更换零件。

“一旦有了3D模型,打印东西就相对容易了,”陆军适航审定机构Royar说,“但是要确保符合资格标准,这很难。”

零件通过认证后,即可开始批量3D打印;进行质量控制,确保每个单独零件复合性能要求。在特定3D打印机上打印特定型号零件时,输出的打印件是否满足公差要求?是否每次打印结果都一致?看似微小的变化(如3D打印机使用不同批次的金属粉末)是否会导致最终产品的重大差异?
以表明是否安全地对任何特定的陆地/海洋/空气零件使用“添加剂”制造方法(3D打印)。

仅当回答了所有这些问题后,才能将3D打印的零件发放给维修部队、承包商和陆军仓库,供实际的军事装备使用。
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尽管有大量障碍,但是所有武装服务公司,而不仅仅是军队,看到3D打印在武器应用的巨大潜力。很多时候,生产线关闭很长时间,武器制造商及供应商都停产了,但军方保留了数十年前的装备,因此没有人可以制造特定的零件,陆军会对重新创建工具和技术进行资助。在其他情况下,某些部件对于武器系统的工作可能绝对至关重要,但每年仅需要更换少量部件,以传统工艺方式制造和销售它们的利润空间太小,没有人愿意干。
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在军事后勤人员最极端的情况下,一个部队作战,供应线受到攻击或完全中断,可能会定制3D打印自己的维修零件。与其运送一大堆不同备件,而又不知道单位实际需要的是什么,不如部署3D模型档案库、一些打印机以及粉末原料供打印。这种战场的3D打印制造方式,解放补给线的前线人员,他们更容易操作,来应对未来的战争需求。



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