「前沿技術」多國海軍通過增材製造技術優化海軍裝備製造與維修

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據今日海軍網2020年3月1日報道,蒂森克虜伯海事系統公司在獲得質量和安全許可後,計劃採用增材製造技術為德國潛艇提供強度更高、重量更輕的零部件,以加速潛艇建造速度。近年來,美歐等國海軍逐步擴大增材製造技術應用範圍,以優化海軍裝備製造及維修保障水平。

「前沿技术」多国海军通过增材制造技术优化海军装备制造与维修

圖1 蒂森克虜伯海事系統公司基爾造船廠

對海軍而言,增材製造技術具有多項優勢:

一、優化維修保障,提升戰備水平

2018年9月,“阿里•伯克”級導彈驅逐艦採用金屬材料和搭載於航母的3D打印機成功製造出新螺栓,用於修復機庫艙門滾輪上的螺栓,節省了大量時間和成本。2018年12月,美國“斯坦尼斯”號航母利用隨艦搭載的3D打印機,成功製備出備用衛星天線旋轉接頭,以及保險絲盒與相關安裝零件,無需備品備件,原本預期八週的修復時間縮短為一天,隨後,艦上先進製造實驗室(AML)基於增材製造技術生產了約300個急需的塑料部件,計劃在7個月內完成安裝,以縮短交貨時間和運輸成本;2019年,挪威國防研究機構在“Flotex”演習期間,探索了隨艦搭載熔融沉積成型3D打印機的可行性,希望藉此提高艦上快速維修能力。

「前沿技术」多国海军通过增材制造技术优化海军装备制造与维修

圖2 “斯坦尼斯”號航母製備的塑料部件

二、降低新型裝備研發週期和成本

2017年7月,美國橡樹嶺國家實驗室與海軍顛覆性技術實驗室合作,採用大面積增材製造技術和碳纖維複合材料,在4周時間內完成長約9.14米的潛艇艇體模型從概念設計到組裝的全過程,將成本降低90%,此舉可為潛艇研發論證提供高效支持;2019年5月,美國海軍利用增材製造技術,成功為海豹突擊隊製備了小型載人潛水器艇體,生產週期從原來的5個月縮短至數週,耗資從80萬美元降至6萬美元。

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圖3 美海軍制備的潛艇艇體

三、提供更可靠、更堅固的零部件

歐防局材料與結構能力技術組(CapTech)目前正基於增材製造技術研發新型拉脹材料,以提高國防領域相關設備的裝甲防護能力。為解決導彈連接器常出現的斷裂問題及T-45“蒼鷹”教練機的供氧問題,美國海軍分別於2016年和2017年,利用3D打印技術製備出新型鋁合金連接器底殼和聚醚酰亞胺空氣導管,在改進性能的同時,大幅縮短設計及製造時間。

增材製造技術可為緊急事件提供快速支持,並實現部件的定製化,未來應用前景廣闊。美歐海軍高度重視增材製造技術的發展,如美國海軍在“增材製造技術願景”文件中已將增材製造技術視為顛覆性技術。當前,國外海軍增材製造技術的發展重點,一是增強制造的大型金屬部件的可靠性,以提高造船生產效率,二是推進增材製造技術的上艦應用,以提高艦員級維修水平,優化艦艇戰備和持續作戰能力。

(藍海星:陝臨喆 柳正華)

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