據(jù)中國國防科技信息網(wǎng)報道，位于美國田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗室(ORNL)正將數(shù)以千計的3D打印設(shè)備安置在學(xué)校中，為未來設(shè)計者和工程師提供經(jīng)驗和技術(shù)。同時，橡樹嶺國家實(shí)驗室正在增材制造設(shè)備供應(yīng)商如Arcam公司合作，將增材制造技術(shù)擴(kuò)大至新的金屬和更大零件的制造中。

　　增材制造已抓住工業(yè)界的想象力，但就在某個零件首次出現(xiàn)在發(fā)動機(jī)內(nèi)部時，增材制造技術(shù)的可能性才剛剛得以實(shí)現(xiàn)。3D打印使新材料和優(yōu)化設(shè)計成為可能，隨著研究人員對這些新材料和設(shè)計進(jìn)行試驗，制造業(yè)變革的潛在規(guī)模正在逐步明朗。

　　歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)(EADS)創(chuàng)新工廠和EOS是一家在直接金屬激光燒結(jié)領(lǐng)域的領(lǐng)先者，其已在空客A320飛機(jī)上用增材制造的鈦零件取代鑄鋼的機(jī)艙鉸鏈支架，將金屬優(yōu)化放置在承重的地方，削減了75%的原材料消耗量，每個安裝坐墊片節(jié)省了10千克，減少了生產(chǎn)、運(yùn)行和壽命周期結(jié)束中的能源使用和廢氣排放量。

　　目前面臨的挑戰(zhàn)是超越當(dāng)前的材料和設(shè)計。為此，位于美國田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗室(ORNL)正將數(shù)以千計的3D打印設(shè)備安置在學(xué)校中，為未來設(shè)計者和工程師提供經(jīng)驗和技術(shù)。該實(shí)驗室已幫助當(dāng)?shù)馗咧虚_展首個機(jī)器人競賽——包括建造首個全增材制造的機(jī)器人。年初，ORNL已在學(xué)校安置了250臺設(shè)備，實(shí)驗室計劃2014年安置3000臺設(shè)備，接下來是4000臺，最終達(dá)到28000臺，這樣在首個機(jī)器人競賽中的每個高中都有一臺設(shè)備。

　　尋求超越消費(fèi)設(shè)備，橡樹嶺國家實(shí)驗室正在推動增材制造在可打印的材料、部件的復(fù)雜性和規(guī)模方面的能力。該實(shí)驗室尚未完成或許是目前最復(fù)雜的全增材設(shè)計：為海軍研究辦公室設(shè)計的一款具有兩只手臂、中等浮力的水下機(jī)器人。液壓和布線通道、氣缸和活塞凸輪驅(qū)動關(guān)節(jié)所有這些都集成在打印的金屬手臂內(nèi)部。沒有外部的管道或電線。拉烏稱，“我們正在推動增材制造和機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合。”

　　同時，橡樹嶺國家實(shí)驗室正在增材制造設(shè)備供應(yīng)商如Arcam公司合作，將增材制造技術(shù)擴(kuò)大至新的金屬和更大零件的制造中，包括鉻鎳鐵合金718的激光燒結(jié)，該材料是一種用于渦輪葉片中的耐高溫合金。但一些最令人興奮的工作涉及到增強(qiáng)型塑料的打印。目前的3D打印聚合物零件強(qiáng)度較低，可用于管道但并非承力部件。該實(shí)驗室目前已經(jīng)開發(fā)出一種方式，將增強(qiáng)型碳纖維注入原材料中，打印可承力的零件。

　　采用常規(guī)方法切削的碳纖維厚度為5~7微米，難以擠入被送入熔融沉積成形(FDM)設(shè)備中的0.25英寸直徑的熱塑性長絲。橡樹嶺國家實(shí)驗室已經(jīng)開發(fā)出一種生產(chǎn)直徑小于500毫微米纖維的方法。

　　沉積科學(xué)和技術(shù)小組領(lǐng)導(dǎo)者Chad Duty稱，這些納米纖維被切削得足夠小，能夠混入FDM原材料中，但卻有足夠高的長度直徑比率，以達(dá)到相輔相成的效果。與6000系列鋁材料優(yōu)勢相當(dāng)是可能的。

　　將增強(qiáng)型纖維注入原材料中是實(shí)現(xiàn)航空航天大型零件——60~100英尺零件3D打印的關(guān)鍵。橡樹嶺國家實(shí)驗室呼吁這種增材制造采用廣泛區(qū)域合作，并已經(jīng)與洛克希德·馬丁公司和一家設(shè)備制造商開發(fā)此能力，最初生產(chǎn)低成本磨具，但最終要打印結(jié)構(gòu)，如大型無人機(jī)的機(jī)翼。拉烏稱，采用3D打印的大型零件可能會出現(xiàn)變形，因為有些區(qū)域因冷卻率不同導(dǎo)致厚度不同，這是增材制造面臨的核心技術(shù)挑戰(zhàn)。將13%切削的碳纖維添加到熱塑性顆粒原料，其強(qiáng)度可提高2倍，剛性可提高4倍，并能阻止材料冷卻時零件的變形。

　　橡樹嶺國家實(shí)驗室的下一步工作是，與設(shè)備供應(yīng)商合作建造一個獨(dú)立的設(shè)備原型，可實(shí)現(xiàn)塑料零件打印，把零件加工成最終形狀，并對其碳纖維束架構(gòu)進(jìn)行重新包裹，以生產(chǎn)大型結(jié)構(gòu)組件。

　　橡樹嶺國家實(shí)驗室先進(jìn)制造項目主任克雷格·布魯表示，“我們與設(shè)備制造商合作，因為OEMs在其整個供應(yīng)基地中想要這種技術(shù)。”