美国陆军利用WAAM 3D打印技术生产12英尺长的船舶拦阻部件

2024年4月9日，南极熊获悉，美国陆军工程兵部队（USACE）与林肯电气公司合作，利用金属3D打印技术制造了一种12英尺长的船舶拦截系统部件。这标志着金属3D打印技术在军事领域的应用，为船舶安全和军事设施提供了新的解决方案。

△金属3D打印技术示意

采用3D打印技术快速制造杠杆臂

该部件已安装在美国苏水闸(Soo Locks)设施的两个水闸之一上，被称为是利用3D打印技术制造的最大的美国土木工程基础设施部件。苏水闸是由美国陆军工程兵部队运营和维护的一组平行船闸，使船只能够在苏必利尔湖和五大湖下游之间航行，该船闸被认为是美国铁矿石的主要中转站。

△苏水闸(Soo Locks)

在苏水闸进行例行维护期间，发现了船舶拦阻系统的杠杆臂出现了裂缝（该系统可保护闸门免受失控船舶和船舶碰撞的影响），而这个杠杆臂已经使用了60年。这些裂缝是在2023年2月发现的，当时正在进行临时修复，以确保在2023年航季时能够重新投入使用船闸系统。然而，在今年的苏伊士运河船闸为期十周的冬季维护周期中，美国陆军工程兵部队需要更换这个关键安全部件，以确保今后能够长期使用。

美国陆军工程兵部队决定将增材制造作为最佳选择，并将杠杆臂合同授予林肯电气公司。美国陆军工程兵底特律区的工程师设计了杠杆臂，然后与林肯电气公司合作确定了最佳打印策略，以减少变形、达到所需的表面光洁度和材料特性，并确保适当的质量控制。

△12英尺长的3D打印金属部件安装在苏水闸的制动系统内

面对紧迫的期限并认识到该项目的复杂性，它们决定利用线弧增材制造（WAAM）快速制造新的杠杆臂。同时采用了高强度、低合金钢，将该部件分成两块进行快速制造，其中一块重约4000磅，另一块重2000磅。两件部件随后在林肯电气位于底特律的贝克工业工厂焊接在一起，机加工由富尔顿钢铁公司负责，涂层由Coatings Unlimited公司负责。此外，新的杠杆臂表现出更高的强度特性，比以前的组件高出大约20-30%，保证了性能的提高和使用寿命。与采用传统技术预计需要18个月的准备时间相比，该部件在12周内就完成了组装。苏伊士运河船闸于2024年3月22日重新开放。

美国陆军工程兵底特律地区指挥官Brett Boyle中校评论说：“我们通过运营、维护和保护战略性水资源和基础设施来确保国家安全和经济活力。随着我们的基础设施不断老化，这是一项挑战。这些挑战是我们以创新的新方式实施计划的机遇，从而提高我们的效率。苏水闸项目为我们提供了与美国陆军工程研究与发展中心（ERDC）合作的机会。我们利用现有的3D打印技术，提供了质量稳定、交货时间大幅缩短的解决方案。”

△线弧增材制造(WAAM)技术示意

3D打印为制造业进步提供变革潜力

美国陆军工程兵部队越来越频繁地需要更换大型老式部件。因此，美国ERDC已开始广泛研究美国陆军和国防部如何利用该技术对基础设施组件和结构进行现代化改造。为此，该组织一直在与美国跨国电力管理公司Eaton合作开展快速成型制造研究。该研究不仅促成了苏水闸杠杆臂项目，并开发了一个数字化的USACE零件库，旨在加快更换零件的周转时间。后续研究还将侧重于不锈钢材料的生产、多材料能力和设计优化。

美国陆军工程兵部队资产管理处处长Peter Dodgion说：“我们发现研究人员和行业合作伙伴与我们一样热衷于解决现场问题。我们土木工程部门的现场人员知道制造方面的问题出在哪里。我们所要做的就是将这些研究人员与我们的现场人员联系起来，然后现实世界的解决方案就开始出现了。”

Eaton公司政府项目总监Bryan Farrens补充说："这项技术不仅加强了我们的国家基础设施，还强化了合作的力量如何塑造制造业的未来，以及如何实现关键基础设施的安全和效率。”