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美国空军理工学院开发用于3D打印弹药的高强度钢

宣布时间：

2023-01-11 12:45

　　美国空军理工学院(AFIT)开发了一种用于武器应用的高性能3D打印钢AF-9628。由Erin Hager上尉领导，并由空军研究实验室(AFRL)弹药理事会赞助，这种粉末床熔合(PBF)技术使得钢的生产具有比古板AM合金更高的拉伸强度。使用这种要领生产3D打印的庞大弹药，然后进行测试，为更轻的弹药铺平门路。
 
 
用AF-9628粉末印刷种种零件后，上尉Erin Hager剖析了爆发的孔隙率，强度和攻击韧性。照片来自空军理工学院。
　　空军级钢AF-9628
　　AF-9628由AFRL的Rachel Abrahams博士开发，是一种具有高强度和韧性的钢合金。在最初的开发中，AF-9628被用来制造具有所需爆炸轮廓的掩体炸弹。与HP-9-4-20(一种用于Massive Ordnance Penetrator武器系统的钢)相比，AF-9628是唯一无二的，因为它不含钨。
　　尽管AF-9628的配方比古板弹药中使用的普通牌号贵，但其本钱却低于其他高性能钢合金，包括Eglin Steel和HP-9-4-20。关于这些吸引人的特性，特别是其高强度，研究实验室确定AF-9628是增材制造的最佳质料。
　　3D打印越来越多地融入军队的运作中。此前，空军利用该技术为古板飞机打印低本钱替换零件。在美国陆军，3D打印已被用于按需生产工具和备件。美国陆军研究实验室(ARL)有多项技术进步计划，包括使用空军钢合金AF96粉末为地面车辆3D打印高强度备件。
 
 
3D打印钛合金零件为研究人员提供了高强度，耐热性能。照片来自美国陆军/大卫麦克纳利。
　　粉末床熔合钢合金
　　合金的粉末床熔合一直是具有挑战性的。这是某些合金不会熔化并且在形成零件时易于破裂的结果。在确定AF-9628是否可打印时，Hager专注于首先表征粉末的形状和巨细，然后研究并确定它是如何随着熔化和筛分而变革的。在AFIT的扫描电子显微镜下进行检查。厥后，代顿大学研究所使用尺寸表征光学显微镜进行了性能测试。一旦Hager确定金属粉末在机械中可预测地熔化，就会爆发实际的测试物品。在对种种零件进行3D打印后，Hager剖析了所得的孔隙率，强度和攻击韧性。
　　令Hager惊讶的是，她的3D打印合金零件体现出良好的机械性能，没有开裂迹象。满足所需的10%伸长率，标明强度增加而稳定脆。事实上，输出与古板的铸造和热处理AF-9628零件很是相似。
 
 
Erin Hager上尉将粉末状的AF-9628钢倒入粉末床熔接机中。照片来自空军理工学院。
　　3D打印弹药
　　在乐成地3D打印简单零件之后，他们实验了更庞大的设计，例如几个庞大的抛射物。在AFIT使用两台机械，Hager 3D打印了约130个零件，包括30个小圆柱，60个大圆柱，20个拉伸条和20个攻击试样。
　　Hager制造的零件适用于武器应用。虽然测试的粗糙度和孔隙率在功效部件中并不睬想，可是注意到这些性能适相助为一次性物品的弹药的部件。结果还标明，在极限拉伸强度方面，用AF-9628加成制造的部件比古板AM合金强约20%。增材制造允许武器工程师只在需要的地方对弹药施加重量。凭据Hager的说法，这最终“可以使更轻的弹药变得越发深入，因此飞机可以携带更多的武器。”目前，AF-9628粉末只能以很是小的批量生产。
　　现在，AFRL的弹药治理局领导了涉及3D打印弹药的进一步研究事情。该局旨在制造具有精确控制碎片和爆炸压力剖面的弹药，以最大限度地减少附带损害。（来源：中国3D打印网）
 
 
AF-9628粉末加工制造零件的热成像。 照片来自空军理工学院。

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