美國海軍是增材制造技術(shù)的主要支持者，在船上使用3D打印機(jī)可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)提供自我維持的能力，使水手和軍官可以在船上制造和修理自己工具的零件和部件，而不必回到港口。傳統(tǒng)的解決方案是破壞性的和昂貴的，并且相當(dāng)耗時(shí)，而目的只是解決一個(gè)小的不能再小的問題。最近，康涅狄格大學(xué)（康涅狄格大學(xué)）的工程師團(tuán)隊(duì)一直在努力工作制定解決這個(gè)問題的辦法。

UConn的工程師們已經(jīng)找到了一種方法，讓海軍船員確定船上機(jī)械故障的確切點(diǎn)，否定他們不得不離線進(jìn)行維修。相反，他們可以使用3D打印技術(shù)在海上修理或更換不好的部件，以此節(jié)省時(shí)間和金錢。

材料科學(xué)與工程系副教授Rainer Hebert是UConn公司普惠增材制造創(chuàng)新中心主任，也是研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者。工程師創(chuàng)建了一個(gè)設(shè)備，使用3D打印金屬上的陶瓷來查找有關(guān)潛在問題和板上退化的信號(hào)，如過熱。

通用電氣先進(jìn)制造教授、康大創(chuàng)新合作伙伴執(zhí)行董事Pamir Alpay教授解釋說：“實(shí)質(zhì)上，我們要做的是在增材制造環(huán)境中，將兩種完全分離的材料（陶瓷和金屬）結(jié)合起來，在3D打印過程中這樣的組合是獨(dú)特和具有挑戰(zhàn)性的?！?/span>

與陶瓷和金屬增材制造的結(jié)合，將為需求行業(yè)帶來新的機(jī)遇，實(shí)際上也是全球其他工作的目標(biāo)，如XJet的新型Carmel系統(tǒng)。

溫度變化可能表明船上存在問題。該團(tuán)隊(duì)的設(shè)備可以同時(shí)承載現(xiàn)有組件的重量，同時(shí)抵抗現(xiàn)有組件的溫度變化。然后，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的電氣信號(hào)，提醒機(jī)組人員注意溫度變化，以及在出現(xiàn)問題的部位上施加多大的壓力。

UConn的工程師們也正在研究一種可以在現(xiàn)場部署的制造工藝，一旦原來的金屬陶瓷部件出現(xiàn)故障或其他問題，就可以在船上生產(chǎn)3D打印的替換部件。

金屬和陶瓷的結(jié)合源于海軍希望延長船舶維修周期的愿望。據(jù)海軍工作人員介紹，如果能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測關(guān)鍵部件，并且可以在海上制造更換部件，船舶就不必在線維修和檢查。

UConn系統(tǒng)的工作原理是將陶瓷氧化物沉積在結(jié)構(gòu)化的3D打印元件上，這些元件由航空耐高溫合金Inconel制成，可耐溫度變化。陶瓷氧化物可以感應(yīng)應(yīng)變和溫度變化，通過無線電頻率產(chǎn)生可接近的電信號(hào)，為海軍工作人員提供寶貴的實(shí)時(shí)監(jiān)測。因此，例如，康大指出，一個(gè)局部的壓力點(diǎn)就像一個(gè)小裂縫，可以在成為一個(gè)更大的故障點(diǎn)之前被檢測和修復(fù)，雖然已經(jīng)有技術(shù)可以提醒船員注意特定船區(qū)的溫度波動(dòng)。但Alpay說，這種類型問題的確切位置的信號(hào)是新的。

Alpay說：“這是一個(gè)概念驗(yàn)證研究，表明在保持氧化物功能特性的同時(shí)可以做到這一點(diǎn)?！?/span>

據(jù)悉，該系統(tǒng)過程的可行性論證已在去年發(fā)表在“Acta Materialia”雜志上。

一旦替換部件被3D打印，將會(huì)有必要的額外的處理步驟，例如表面平滑和在爐中加熱部件以賦予它們特定的性能，但是根據(jù)Hebert的說法，如果您權(quán)衡這些步驟與節(jié)省燃料和重量的可能性結(jié)構(gòu)化船舶部件的按需現(xiàn)場制造和自診斷，潛在的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了額外的處理。

雖然康大的陶瓷金屬組合也可用于汽車和航空航天應(yīng)用，但海軍現(xiàn)在對(duì)這種技術(shù)有真正的需求。 此外，Hebert還為海軍航空系統(tǒng)司令部（NAVAIR）的兩名工程師開發(fā)了為期10天的3D打印培訓(xùn)課程，以便為他們提供理論背景信息和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。培訓(xùn)將有助于傳播3D打印知識(shí)，以及其在更廣泛的圈子中的機(jī)會(huì)、限制和挑戰(zhàn)。

根據(jù)Hebert的說法，海軍和國防應(yīng)用的潛力是真實(shí)的，進(jìn)一步的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究對(duì)于在現(xiàn)場使用中獲得可重復(fù)的結(jié)果和復(fù)原力是必要的”。

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