賓夕法尼亞州立大學(xué)工程學(xué)院的研究人員已獲得美國陸軍的 434,000美元獎勵，用于開發(fā)一種優(yōu)化的3D打印高強度合金的方法。在項目進行期間，該團隊打算使用計算機建模來識別基于激光定向能量沉積（L-DED）的設(shè)置，該設(shè)置能夠打印出更堅固的金屬并提高材料效率。這種高級鋼可能具有多種與國防相關(guān)的應(yīng)用，從防彈背心到艦船船體的防爆保護。

該項目共同負(fù)責(zé)人Amrita Basak說：“這些材料是增材制造的全新類別。我們發(fā)現(xiàn)的東西可以幫助研究團體進一步追求這一目標(biāo)，也許陸軍會發(fā)現(xiàn)使用這些材料來促進其任務(wù)的新方法?！?/span>

3D打印的輪式坦克模型。夕法尼亞州立大學(xué)的工程師正在開發(fā)一種3D打印大幅面軍事部件的優(yōu)化系統(tǒng)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)通過iStock，DEVRIMB提供的圖像。

打印零件以進行維修

本質(zhì)上，美國國防部（DoD）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)陸軍，海軍，太空部隊和其他美國軍事組織的活動，包括其支出重點。在此職權(quán)范圍內(nèi)，國防部在將3D打印技術(shù)集成到每個部隊的行動中投入了大量資金，并且最近公布了有史以來首次推廣該技術(shù)的策略。

在國防應(yīng)用方面，3D打印作為按需制造備件的一種方式顯示出了特殊的潛力，這可能對戰(zhàn)場上孤立的士兵有利。因此，國防部已委托ExOne開發(fā)“便攜式3D打印工廠”，該工廠能夠在世界任何地方生產(chǎn)備件。

同樣，美國陸軍此前已購買了Rize One 3D打印機用于按需生產(chǎn)，并采用了MELD制造技術(shù)來維修移動中的軍用車輛。但是，可靠性方面的問題繼續(xù)阻止軍方內(nèi)附加零件的進一步推廣，因為它們通常需要證明是防彈的才能使其在最終使用場景中有用。

為了解決這個問題，美國陸軍研究實驗室（ARL）選擇采用機器學(xué)習(xí)（ML），以更好地了解零件磨損。例如，ARL最近部署了Senvol的ML軟件來評估3D打印導(dǎo)彈部件的效能，并且使用類似的模擬，賓夕法尼亞州立大學(xué)的工程師現(xiàn)在正在尋求對他們基于合金的方法進行認(rèn)證，盡管適用于大幅面應(yīng)用。

ARL的目的是使用Senvol的ML算法來開發(fā)一種鑒定3D打印導(dǎo)彈零件的方法。通過ARL拍攝的照片。美國陸軍越來越多地使用基于仿真的方法來對3D打印零件進行鑒定，以供在戰(zhàn)斗場景中最終使用。通過ARL拍攝的照片。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的新穎方法

顯然，堅固的3D打印金屬零件在軍事屏蔽方面具有巨大的潛力，但某些高性能合金可能很難加工。特別是，與常規(guī)材料相比，高級鋼更容易開裂，并且焊接性低，從而限制了其與國防相關(guān)的應(yīng)用。

為了解決這個問題，Basak現(xiàn)在打算與該項目的首席研究員托德·帕爾默（Todd Palmer）合作，以開發(fā)一種優(yōu)化的電焊生產(chǎn)工藝。與粉料喂養(yǎng)的機器相反，工程師期望采用基于線材的方法可以使它們使該過程更具成本效益，同時也減少了材料浪費。

根據(jù)Palmer的說法，賓夕法尼亞州立大學(xué)處于進行研究的獨特位置：“我們圍繞AM的垂直整合是賓夕法尼亞州立大學(xué)的真正優(yōu)勢，我們在實驗方面以及材料，數(shù)值方法和機器學(xué)習(xí)方面都有專家。那就是使我們與眾不同的地方：我們可以將這些人跨學(xué)科匯聚在一起?！?/span>

在項目本身期間，團隊將設(shè)置為使用計算機建模來測試和完善其過程的參數(shù)，然后再模擬最終零件的性能。完善后，工程師們將著眼于實際評估他們的方法，使用賓州州立大學(xué)的機器創(chuàng)建大幅面的測試零件，并生成實驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能被證明對將來的最終軍事用途有用。對于Basak來說，訪問Penn State廣泛的3D打印資源對于證明他們的方法的有效性至關(guān)重要。 “在這個項目中，我們正在探索非常大的結(jié)構(gòu)，” Basak總結(jié)道。 “如果我們沒有足夠大的3D打印機來創(chuàng)建它們，那么我們將無能為力。但是我們有很多，我們將需要他們?nèi)縼沓晒ν瓿稍擁椖俊！?/span>

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