达尔豪斯大学位于加拿大东海岸的哈利法克斯市,拥有先进的制造中心,配备了尖端的增材制造驱动基础设施。该枢纽在 2023 年获得了 $3.7M (CAD),用于推进加拿大海洋防御部门的增材制造,现在正用于加强该国海军的作战准备。具体来说,达尔豪斯的工程师将利用金属增材制造来开发和制造关键的潜艇部件,这将使加拿大老化的舰队继续运行几年。
2024 年 9 月,加拿大联邦政府宣布计划采购十几艘新潜艇,以取代加拿大皇家海军使用的老化的维多利亚级潜艇舰队。然而,这支建于 1980 年代的现有舰队必须继续运营,直到 2030 年代中期新潜艇准备就绪。
“加拿大海军以及整个军队面临的最大障碍之一是保持我们的舰艇、潜艇和硬件长期运行,”哈利法克斯大西洋研究中心加拿大国防研究与发展部 (DRDC) 的国防科学家 Cameron Munro 解释说。“在加拿大,我们倾向于使用超出其原始设计寿命(40 年甚至 50 年)的东西。”
毋庸置疑,使用设备几十年涉及大量的维护和维修。最重要的是,由于 OEM 倒闭,MRO 流程可能会进一步复杂化,这使得采购替换零件或制造这些零件的适当工具变得具有挑战性。这意味着加拿大皇家海军不得不与从头开始制造定制零件的工具和模具铸造厂合作,这一过程既昂贵又非常耗时。“这种采购可能需要数年时间,”他补充道。“当准备是首要任务时,这并不总是一个选择。”
这就是达尔豪斯大学工程系的用武之地。凭借其在金属方面的专业知识和增材制造资源,由材料工程师 Paul Bishop 博士领导的工程团队将利用金属增材制造来按需开发关键的潜艇替换部件。Bishop 博士在加拿大自然科学与工程研究委员会 (NSERC) 以及行业合作伙伴财团的支持下,与加拿大国防研究与发展部 (DRDC) 合作领导该计划。
这项工作的很大一部分集中在材料上,Bishop 博士和他的团队研究专门的海军合金,以了解如何将它们转化为高质量的增材制造粉末原料。“没有人(至少在公开文献中)对这些高度特异性的船舶合金如何对增材制造做出反应进行认真研究,”Bishop 博士解释说。“这是我们正在做的第一项基本工作 — 确定哪些合金可以打印以及最佳制造工艺是什么。”
这项研究的目的是减轻加拿大增材制造材料制造商的研发负担。据 Dalhousie 称,鉴于最终生产订单的小批量性质,这些公司中的许多公司都对进行此类应用所需的研究持谨慎态度。Bishop博士希望通过在大学进行研发,建立材料成分以及设计和制造规格,这将促进这些制造商生产潜艇备件。
他说:“我们在 Dalhousie 的作用是开发基本的'配方'——什么材料有效,如何打印它们以及生产出高冶金质量产品的加工参数。一旦我们弄清楚了这一点,公司就会将我们在实验室中开发的研究成果应用于更大规模的商业规模。
这种方法将在几个方面使海军受益。首先,他们将拥有生产零件所需的研发资源,而不是依赖于拥有专有系统的单一供应商。另一方面,加拿大皇家海军可以升级其维护和维修流程,过渡到更按需的模式,而不必囤积备件或等待数年才能更换过时的组件。
Bishop 博士总结道:“真正的目标是为海军和支持行业合作伙伴提供数据,这些数据定义了可以大规模使用的可靠流程——可以说是传递接力棒,这样他们就可以共同努力在加拿大实施成果。达尔豪斯大学正在进行的工作最终将有助于加强国家海军保持运营和自力更生的能力——考虑到加拿大北极地区不断变化的景观,这一点尤为重要,那里的冰层消退导致国际贸易和交通增加。