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美国空军开发应用于特种导弹的3D打印高强度钢粉末

俄亥俄州赖特-帕特森空军基地-用AF-9628打印制造的零件,一种空军用钢,比传统的AM合金极限抗拉强度高约20%。AF-9628是由AFRL的Rachel Abrahams博士开发的一种钢合金,提供高强度和韧性。这种合金,绰号“Rachel 钢”,比一些其他高性能钢合金,包括Eglin钢和HP-9-4-20,成本更低;但是,它比常规军火中使用的普通等级更贵。AF-9628是独一无二的,因为它不含钨,就像Eglin钢或钴一样,后者是HP-9-4-20配方的一部分,而HP-9-4-20是一种30000磅重的大型穿甲弹。

        Harger的研究由佛罗里达州埃格林空军基地的空军研究实验室军需品管理局赞助,确定AF-9628由于其高强度是增材制造的最佳材料。 虽然这些发现与美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一项类似研究报告的数值相当,但Harger得出的机械性能与常规锻造和热处理的AF-9628相似。军火管理局的Sean Gibbons博士,描述这一新兴合金材料令人“兴奋”。

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        Harger采用了粉末床熔合技术,这是一种增材制造技术,在这种技术中,激光有选择地熔化粉末,形成一种图案,从而产生三维物体。随着每一层的完成,打印机在构建区域上分配更多的粉末,该过程继续直到零件完成。Harger说:“为了确定AF-9628是可以打印,我们对粉末的形状和大小进行了表征,并确定了它是如何随着熔化和筛分而变化的。” 她在AFIT的扫描电子显微镜下对其进行了检测,并在Dyton大学研究所使用光学显微镜进行了尺寸表征测试。

        Harger将AF-9628钢的化学成分提供给俄亥俄州辛辛那提的PAC公司并生成。她观察粉末在机器中可预见地熔化,并做了实际的零件测试。在打印各种零件后,她分析了孔隙率,强度和冲击韧性。她解释说,许多“合金不太适合(增材制造)”。例如,“某些合金不会熔化,一旦你真正尝试制造一个零件,它们就会裂开很多。”然而,当Harger检查她的零件时,她注意到这些零件的机械性能“相当好”。她没有发现裂开的证据,并将其描述为“与传统制造的零件非常相似”。

        经过更彻底的分析,她确定这些零件“符合要求的10%伸长率,并表明强度增加而不会变脆”。Harger解释说,这些零件“性能符合并超过机加工零件”。在她成功打印简单的零件件后,Harger打印了许多复杂设计的零件包括弹射零件等。还打印了大约130个零件,包括30个小圆筒,60个大圆筒,20个拉力棒和20个冲击样本。

        Harger打印的零件适用于武器应用。空军最初开发AF-9628是被用来制造具有所需爆炸轮廓的掩体炸弹,“最初的想法是使未来的穿透性武器具有所需的精确爆炸外形。”Harger解释说,增材制造“允许(工程师)只在需要的地方增加(弹药的)重量”,最终,这“使得更轻的弹药可以达到同样的深度,因此(飞机)可以携带更多的这种武器。”

        根据UDRI工程师的说法,虽然增材制造(在某些情况下)可以以比传统制造更低的成本高效地制造复杂形状,但由于在制造过程中快速加热和冷却,该工艺可能会在零件中留下残余应力。Hager说,“3D打印不是一个精密的过程,所以很难保持几何公差,而且由于产品可能会粗糙,它们有时会经过大量的后处理。”

        PhilipFlater博士是一位机械工程师,他领导着军需品管理局增材制造小组赞助了这项研究,他解释说,它涉及到抛光和/或热处理粗糙表面,以解决材料缺陷,如气孔,并获得最佳的机械性能。Hager说,在重复使用的功能部件中,粗糙度和孔隙率并不是理想的质量,但她解释说,用于弹药的部件是一次性使用的物品。她解释说:“对于客户来说,要求粉末形式的高强度钢并不常见。”Hager希望这一早期成功将会引起人们对高强度钢的兴趣。Harger打算把她的发现公之于众,她希望空军能“利用这种高强度钢,并拓展到一些我们还没想到的新应用”,她最近在一个国际粉末冶金会议和一个军械和弹道学研讨会上发表了她的研究成果。目前,她在AFRL的材料和制造局高级电源技术办公室工作,在那里她研究新的电源技术,空军可以使用这些技术来降低成本。作为航空集团的一员,Harger专注于替代燃料,轻量化和减阻措施。

        AFRL弹药局正在领导涉及3D打印制造弹药的进一步研究工作。目标是制造具有精确控制的破碎和爆炸压力分布的弹药,以最大限度地减少附带损害。

       昆山弗瑞森光电科技有限公司成立于2019年1月,位于中国百强县之首--江苏省昆山市,交通便利,经济发达。公司依托于昆山发达的光电产业,专业从事光、机、电、材料等技术领域内的技术开发、技术转让、技术咨询、技术服务,电子元器件、电子产品、化工原料及产品、金属材料、金属结构件、电子设备、通讯设备、计算机、软件及辅助设备、自动化控制设备、环保设备、化工设备、机械设备、电线电缆的销售,设备租赁服务,从事货物进出口及技术的进出口业务。

       目前公司主要经营与增材制造即3D打印行业相关的设备与消耗材料,包括金属与非金属3D打印机,3D打印金属粉末材料、高分子丝材,扫描仪,以及金属3D打印附属设备,防爆吸尘器、振动筛分器、热处理炉等等。本着“以客为尊、品质优先、服务至上”的企业理念,希望与海内外客商共赴3D打印产业光辉灿烂的明天。



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