美国防部鼓励使用3D打印突破制造极限，促进高超声武器从研发过渡到生产

近日，3D打印技术参考注意到，美国国防部网站发布了一项最新的制造技术提案，计划使用增材制造技术来设计和制造能够在极端条件下运行的高超音速武器和车辆系统。

由于美国国防部的目标是在2023财年具备高超声速武器部署能力，有关官员强调需要加强工业基础并确保项目能够从顺利开发过渡到生产。通过一项名为“提高吸气式高超声速增材制造成熟度”（Growing Additive Manufacturing Maturity for Airbreathing Hypersonics，GAMMA-H）的计划，将相关材料和工艺用于制造超过5马赫的飞行和机动系统部件。

美国国防部将邀请相关公司（无论大小）以及大学提交使用增材制造开发高超声速部件的原型，使用计算机辅助设计软件和先进材料来制造相关产品。

美鼓励使用3D打印突破制造极限

目前，传统的制造工艺无法满足先进高超声速武器所需的复杂结构零件的制造要求，GAMMA-H计划将有助于推动增材制造工艺的应用与发展，以满足现代高超声速空气助燃系统所需的推进和温度要求。国防部制造技术项目办公室副主任凯文德弗里斯表示，“我们需要使用增材制造工艺制造的材料来突破极限，科学已经证明这是可以做到的，但应用还不够广泛。GAMMA-H计划将鼓励继续采用这一突破性的技术。”

超燃冲压发动机结构

GAMMA-H计划的目标不仅是通过增材制造减少需要检查、运输和制造单个零件的数量，而且还为小型企业和非传统国防承包商提供从事国防制造的机会。凯文德弗里斯表示，“GAMMA-H计划将在增材制造如何应用于吸气式高超声速飞行器的研发和制造方面带来重大改进。只有通过大、小企业和学术界的合作才能实现，我们非常有兴趣扩大合作伙伴名单——各种规模的——为高超声速任务做出贡献。”

美国正在鼓励中小型制造基地参与所有先进制造实践，GAMMA-H计划已于2022年10月发布。在制造商和制造商协会以及国家制造商协会的支持下，进行全国性的努力，促进制造实践和工艺发展，全国各地要为培训支持国内制造业所需的劳动力做出努力。

美高超声速武器制造使用3D打印

美国高超声速武器的研发有几个主要的参与者，即波音、洛克希德·马丁以及雷神，他们又分别有专门的超燃冲压发动机提供商。2021年6月，美国空军向三家公司授予了三份为期15个月的合同，以完成高超声速巡航导弹的初步设计。

雷神的发动机提供商是诺格，在2019年第一次成功测试后，诺格公司负责先进项目和技术的副总裁约翰·威尔科克斯表示，诺格的整个超燃冲压发动机都是使用先进材料进行3D打印的。2022年7月，雷神宣布完成第二次高超音速武器飞行试验，发动机依然由诺格提供。

诺格正在完善一种改变游戏规则的快速制造工艺，以减少超过一半的成本和时间生产优质高温材料。其可扩展的复合材料3D打印，能够将连续纤维增强热塑性塑料层压到部件中，满足高超声速飞行器的独特需求。该技术对在数千度高温下运行的金属部件至关重要，保证零部件在极端温度下不会腐蚀、熔化或改变形状。它们也比传统使用的金属更轻，降低了高超声速飞行器的重量，提高了性能。除此之外，金属3D打印技术对于诺格来说同样不可或缺，粉末床熔融和基于挤出的技术都在被其研究和使用。诺格增材制造研究员埃里克·巴恩斯表示，“自2005年以来，我们一直在飞行器中使用3D打印零件，这一数量已经超过了5000个。

雷神公司展示的高超声速武器

2022年7月，洛克希德·马丁公司成功测试了两枚高超声速巡航导弹。导弹从B52轰炸机上发射，以大于5马赫的速度飞行，飞行高度超过19812米，飞行距离超过482.8千米。2022年5月，洛克达因被洛克希德·马丁选中提供动力，前者在超燃冲压发动机的制造采用了3D打印技术，并于今年4月成功进行了飞行测试。洛克达因表示，通过使用创新的制造技术和材料，他们不仅提高了产品性能，同时大幅降低了成本和开发时间。

洛克达因将3D打印用于高超声速武器制造

据悉，从去年九月开始，美国已经进行过四次高超声速吸气式武器的测试，其中雷神两次测试均成功，洛克希德·马丁公司成功一次失败一次。2022年9月，美国国防部称，雷神和诺格击败了波音和洛克希德·马丁，获得美国空军9.58亿美元的高超声速武器制造合同。

3D打印一体化制造减少了传统工艺中的焊接流程以及制造成本，同时也更利于寻找减轻重量的方法，以便可以携带更多的燃料和载荷。除了在武器制造中直接使用3D打印技术，美国在可用于高超声速武器的材料方面也有积累。

2022年4月，NASA官网刊发消息称新开发出一种新型适用于3D打印的高性能合金，可以承受超过1000℃的温度，更具延展性，比现有最先进的合金寿命长1000倍以上，能显著提高航空和太空探索系统中零件的强度和耐用性，从而实现更好、更持久的性能。2016年，休斯研究实验室创新性的提出了3D打印SiOC陶瓷基复合材料的方法，耐高温温度超过1700℃，有望用于制造高超声速飞行器的相关零件。该技术受到了美国空军实验室的重点关注。

美国对增材制造技术格外看重

美国一系列的政策显示出他们对增材制造技术的格外重视。

10月，美国白宫发布更新版《先进制造业国家战略》，明确指出，要加大投资，克服阻碍增材制造应用的关键技术障碍。

5月，美国白宫启动“AM Forward计划”，获得了拜登亲自站台。该计划要求制定一系列联邦政策，为中小企业制造商发展3D打印技术提供融资渠道和技术援助、投资3D打印领域的劳动力培训、制定相关的行业标准等。最引人瞩目的，是要求美国的一些最大的制造商承诺从规模较小的企业采购更多3D打印部件。

2021年6月，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》，该指示作为首份面向增材制造（AM）的顶层政策文件，就增材制造在国防部的实施和应用制定政策、明确责任并细化程序。

对增材制造技术的扶持在拜登政府上台后显得尤为明显。

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