美陆军开发新材料:用低成本打印机快速打印机械强度军用零件

美陆军研究实验室演示了一种新颖的热拉伸工艺,该工艺可制造出一种双材料长丝,有助于在需要时快速打印关键零件。美国陆军用常用桌面3D打印机开发一种新型的多聚物长丝。这一进步可以节省资金,并有可能让士兵们使用低成本的打印机制造零件。

美陆军开发新材料:用低成本打印机即可打印机械强度军用零件
陆军研究实验室演示了一种新颖的热拉伸工艺,该工艺可制造出一种双材料长丝,有助于在需要时快速打印关键零件

一般情况下用这种打印机生产的零件的强度和韧性都很差,这使得价格低廉的打印机无法用于按需补给军用零件,尤其是在部署地点。美陆军开发的新材料克服了这些缺陷,有可能让士兵们使用低成本的打印机制造零件,这些零件一旦经受几个小时的高温,其机械性能就能达到足以承受严酷的野外作业的强度。这一突破是陆军远征制造向前迈出的重要一步。

该研究涵盖了多种技术解决方案,可以通过提高作战人员的射击、移动、通信、保护和维持方式来提高士兵的杀伤力。

陆军希望能够在战场上打印零件,通过携带数字零件文件而不是物理零件来简化后勤保障,但迄今为止,生产高强度零件的技术在远征环境中并不实用。这些打印机的体积太大、耗能大、易碎等,而且打印原料可能有专门存储要求。

这项技术可能使陆军能够使用经济实惠、简单打印机来生产高质量的零件。

据研究称,熔丝制造或FFF,是最常见的快速成型制造技术,但使用FFF制造的零件在大多数工程应用中缺乏足够的机械完整性。

该研究团队使用一种新型的热拉法工艺制造出了一种双聚合物长丝,该长丝由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(被称为ABS)和星形聚碳酸酯芯组成。

这包括将塑料丝加热到熔点然后通过喷嘴挤出。熔融塑料的连续层会一层层地堆积上去,当它们冷却并融合在一起时就形成了一个单一的固体物体。

这种材料以圆柱体的形式开始,其有一个星形的聚碳酸酯核心,四周被ABS包围。通过利用一种叫做热拉伸塔的专利设备,圆柱体被加热并拉伸成一根细丝。一旦细丝冷却下来它就可以缠绕在卷轴上,然后用在普通的FFF 3D打印机上。通过这种材料打印出来的物体通过在烤箱中加热然后冷却的方式来让两种聚合物完全融合在一起。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

这种新型的双聚合物长丝可以彻底改变快速成型制造,使低成本打印机能够生产出具有与注塑成型塑料相媲美的机械性能的零件。

在正在进行的实验中,陆军研究团队正在试验新的材料配对、打印条件和退火协议,以进一步提高机械性能,减少加工时间。他们的目标是将目前24-48小时的退火时间缩短到4小时甚至更短。

研究人员正在使用一条中试生产线,在未来几个月内生产出更大批量的长丝,为各种陆军过渡伙伴提供材料样品。

“通过FFF工艺选择用高强度聚合物生产零件,无疑将为作战人员提供更快更好的生产临时零件的能力,而且成本也要低得多–几美分就可以搞定,APG陆军C5ISR中心的机械工程师Jeff Wallace说。”此外,士兵们往往会根据需要随机应变,往往会找到自己的设计方案来解决他们面临的问题。因此,为他们提供一种强度更高的聚合物材料,可以在桌面打印机中使用,使作战人员有机会在必要时临时解决更多的供应和设计难题,进行即兴创新。然后,他们的设计将被送到适当的工程支持活动中进行评估。”

该实验室已经就该技术提出了多项专利申请,并且已经获得了该技术的一个方面的许可:使用特殊聚合物进行热拉丝,用于快速制造。陆军正在寻找更多的商业合作伙伴,以加快该技术的开发和推广,该技术可广泛适用于各种热塑性塑料零件的快速成型制造。

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