4月24日,美国制造业创新网络Manufacturing USA旗下的增材制造创新研究所(America Makes)公布了“提高适用于低成本维护的先进制造技术成熟度计划”(Maturation of Advanced Manufacturing for Low-Cost Sustainment,MAMLS)第三阶段资助清单。空军研究实验室和America Makes将提供约650万美元资助,项目承担方匹配至少330万美元,使得项目资助总资金约为980万美元。
MAMLS计划的目标是帮助扩展美国空军在飞机维护领域应用增材制造技术的范围,改进飞机老旧零部件的快速更换/维修,以便按需制造受损严重或淘汰的部件,并降低制造成本,缩短交付周期。第三阶段MAMLS计划具体资助情况如下。
一、基于特征的鉴定方法
项目由GE领导,合作伙伴包括爱迪生焊接研究所、雷神和扬斯敦州立大学等。项目将开发并演示定向能量沉积(directed energy deposition,DED)过程中的基于特征的3D打印验证方法。该项目将使用飞机引擎和导弹组件来进行开发试验,增材制造工艺将集中在使用Ti-6Al-4V材料的激光粉末沉积模式上,目标是大大减少定向能量沉积制造零件的验证时间和成本。该方法结合不确定性来预测与几何特征、工艺参数和构建方法有关的材料特性。
二、了解增材制造技术现状
2.1 加速MAMLS直接部件生产:激光粉末床熔融AlSi10Mg中缺陷的影响
项目由扬斯敦州立大学领导,合作伙伴包括3D系统公司、波音公司、凯斯西储大学、洛克希德马丁公司等。激光粉末床熔融技术(laser powder bed fusion,LPBF)为美国空军生产了曲柄系列零件、热交换器以及已停产的飞机铸件。但LPBF工艺过程中仍存在缺乏熔合(lack of fusion,LoF)缺陷和粉末污染等问题,可能导致强度和寿命显着降低。项目将通过各种检测方法对缺陷问题进行识别,以解决这些缺陷的后续影响,满足结构要求。
2.2 研究粉末床熔融增材制造缺陷对材料疲劳的影响
项目由宾夕法尼亚州立大学领导,合作伙伴包括3D系统公司、欧瑞康、联合技术研究中心等。项目将努力减少由LPBF产生的组件中看似随机和零星的随机缺陷。项目将通过建立大量的疲劳样本来量化缺陷的影响,从而形成统计学上的Ti-6Al-4V疲劳数据。所有制造和测试数据将使用增材制造数据管理系统收集和存储。此外,还将开展并行工作以提高对缺陷形成机制性质以及导致随机缺陷的因素的理解。
2.3 多激光器增材制造的缺陷评估
项目由俄亥俄州立大学领导,合作伙伴为通用电气。项目旨在了解多激光器粉末床熔融系统中的冶金缺陷,并应用无损检测(non-destructive examination,NDE)方法以识别潜在的缺陷。该项目将分析打印镍合金718中的缺陷,并提供测试工件,技术数据包和新标准作为最终用户克服现有技术障碍的基础,推动高效率多激光器增材制造技术的研发及推广。
三、关键零件的新兴工艺技术
3.1 非关键零件的3D复合材料增材制造工艺
项目由美国犹他州先进材料与制造协会领导,合作伙伴包括3D系统公司、波音公司、凯斯西储大学、洛克希德马丁公司、欧瑞康、宾州州立大学以及代顿大学等。项目目标是加速基于复合材料的增材制造(Composite Based AM,CBAM)技术的发展,并为当今非关键零件的更换积累大量的CBAM知识。当前美国空军关注的非关键部件包括电子连接器、仪表旋钮、线束、小支架等。CBAM也将被考虑如何制造其他具有相似尺寸、形状、功能和重要度的部件。
3.2 利用连续液体界面生产技术实现复合材料增材制造
项目由联合技术研究中心领导,合作伙伴包括犹他大学和Impossible Objects公司。项目将研究连续液体界面制造(Continuous Liquid Interface Production,CLIP)工艺和支持制造技术的能力,以提高制造技术成熟度用于航空航天应用的非关键复合材料零部件(特别是外罩、外壳和管道等)的增材制造。喷丸处理外罩、电气外壳和管道是航空航天系统中无处不在的低关键部件,该项目将极大地提高国防部对供应链要求的敏捷性。除了在制造非关键零件的能力方面探索连续液体界面制造工艺外,该项目还将展示一个完整的端到端数字工作流程,其中包括零件数字化、设计优化、打印工艺优化、材料表征和组件性能验证等。
3.3 通过数字化光处理(Digital Light Processing,DLP)实现快速零件更换
项目由戴顿大学领导,合作伙伴包括3D系统公司、洛克希德马丁公司、轨道科学公司以及诺斯罗普格鲁曼公司等。该项目将评估数字光处理技术的能力,为美国空军制造非关键部件(包括电连接器、旋钮、弹性索环和用于传统维护设备的垫片等)。与其他增材制造技术相比,数字化光处理可以一次固化整个零件切片,并实现高分辨率、表面光滑、新颖的材料化学成分和快速的打印速度。