3D打印作为工业革命4.0时代下的产物,未来必将改变制造业的传统模式,美国政府对3D打印技术一直都是大力扶持,并保持领先地位。在各大行业领域也都开始了3D打印技术的全面应用,在军工领域、美国军方不间断的举行各种3D打印技术的培训活动,利用3D打印技术来进行各种超大型部件的设计以及打印,并且获得了巨大成功。
高超音速是美军一个梦梦寐以求的梦想,是美军最重要的突破方向之一。在过去的三十多年中,它一直是美国大部分太空,导弹和航空防务界的不二之选。高超音速飞机和导弹的速度超过5马赫(5马赫是音速的五倍,大约是每小时6125公里)。
高超音速具有无与伦比的速度和时间目标的东西,可以在一个小时左右的时间内在地球上任何地方提供不同的有效载荷和能力,这是战争的胜利者。其中一些,您就可以嗅出另一个人的雷达系统(这也很棒),获取他的基地的实时图像,杀死他的卫星,侦察着陆位置,获取想要着陆的气象信息,以及从导弹等获得超视距覆盖所有飞机都在同一平面上。在战略战术,它会像其他人卡在肉冻,而你在现实世界各地的缩放命令与征服。
在传统制造技术无法满足要求时,3D打印技术为其开辟了一条全新的道路,以其能够快速制备具有高材料性能、异形结构、整体特性的零部件特点,在高超声速飞行器相关领域得到了愈发广泛的应用,甚至成为解决一些高超声速飞行器特殊零部件瓶颈的唯一选择。
3D打印制造方法与传统的等材制造、减材制造等方法有着本质区别,具有开放的创造性、灵活性,潜在适用范围也更广泛,同时加工周期与构件整体性等方面具有显著优势。这令3D打印在一些结构/功能件制备上有着更大潜力,甚至是某些构件制备的唯一选择,在对材料、结构性能有尤其严苛要求的高超声速领域技术研发中显得尤其适合。近年来3D打印技术的迅速发展与应用的广泛工程化,使得其可以承担的任务逐渐多样化,实现了材料—零部件—分系统等多个层级产品的应用。
可以预期,3D打印技术在零部件快速维修、快速批量生产等方面将体现出无可替代的优势,为后勤保障工作提供重要保障。此外,随着制备技术的成熟、可用材料的增多、材料与结构性能的进步,3D打印将对越来越广泛地应用于工程生产中。目前一些高温性能优异的材料只能通过传统工艺加工得到,如超高温陶瓷类、难熔金属材料等,如果能采用3D打印制备,这些材料将能够满足更多结构/功能件的设计要求,得到更广泛的应用。
尤其重要的是,高超声速飞行器上诸多地方需要使用价格昂贵或储量稀少的材料制备零部件,比如钛合金、镍基高温合金、C/C、C/SiC等,相比于传统加工普遍存在的90%以上材料被切削掉的现实情况,3D打印制备方式将能够显著提高原材料的利用率,不仅有效降低昂贵材料零部件的制造成本,更能够有效减少稀缺材料的浪费程度。