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DARPA将提升大家接收新型制作本领的信念,DARPA开放构建项目全力升高美利坚联邦合众国构建才具

2020-03-12 10:26栏目:威尼斯政治
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[据本站2015年6月4日综合报道]威尼斯网上手机官网,增材制造,包括新兴的“3D打印”技术,正在蓬勃发展。2014年国际空间站宇航员在太空中用3D打印机制作套筒扳手,预示未来数字代码将取代向太空运送专门工具的需要。在地球上,海军正在考虑在船上应用增材制造技术,商用飞机发动机公司最近宣布了第一个FAA批准的3D打印零件。尽管增材制造具有革命性的发展前景,但是技术仍处于起步阶段,对制造方法的细微变化对生成材料性能和能力的影响还缺乏理解。克服这个缺点对于增材制造结构件,如飞机机翼或军事系统的其他复杂零部件的可靠的大规模生产制造是必要的,这些结构件必须满足苛刻的规范要求。 DARPA开放式制造计划在寻求解决这个问题,通过构建和演示快速鉴定技术,在制造过程中全面捕获、分析和控制制造过程的变异性,实现预测制成品的特性。计划的成功实施将有助于释放先进制造方法广泛应用于国防和国家安全需要带来的潜在时间和成本节约效益。 “开放式制造计划从根本上是要收集和理解增材制造等新型生产理念的物理和工艺参数,这样我们就能够以高置信度快速预测制成品的性能。”DARPA国防科学办公室项目经理Mick Maher说,“新型制造技术的可靠性和批次间的变异性经常是不确定的,导致我们只能通过低效和重复的“反复测试”来检验这些材料和工艺,这必然带来大量的成本和时间的消耗,最终消减了创新的激励机制。 增材制造零件面临的挑战是它们通常由无数微米级的焊珠堆积而成,即使采用常见和可信的合金,增材过程产生的材料具有很多不同的“微结构”,因此制成的零件具有不同的属性和行为,而采用传统方法制造的相同零件的属性和行为则是可以预测的。此外,不同机器设备生产的零件可能有相当差别,使得目前的统计鉴定方法无法使用。因此,必须精确理解每种“新”材料和新的过程控制,以确保所生产的产品达到要求的可信度。 为了实现加强制造控制的目标,开放制造计划正在调研快速鉴定技术,这些技术的应用不限于增材制造技术,而是任何类型的潜在的新型制造方法。该计划包括三项内容,其中两项关注金属增材过程,一项关注粘接复合材料结构: 快速的低成本制造增材,这项工作旨在利用第一性原理和基于物理的建模技术,预测直接金属激光烧结镍基超合金粉末制成材料的性能。DMLS技术是利用激光熔化金属粉末实现增材制造。 钛制造,这项工作旨在结合基于物理和基于数据的信息学模型,来确定影响大型制造结构件质量的关键参数。tiFAB是利用电子束代替激光来熔化卷轴传送钛金属丝,实现层层叠加建造结构件的方法。 转化可靠组合结构,这项工作旨在为鉴定复合材料粘接工艺开发数据信息学方法,使粘合剂能够单独用于复合材料结构。当前最先进的技术是联合使机械紧固件和粘合剂。TRUST的目标是消除对这些紧固件的依赖,从而使粘合复合材料只采取粘合剂连接,从而获得简化装配和减轻结构重量的优势。 开放式制造计划目已建立了两个制造示范设施,一个设于宾夕法尼亚州立大学专注增材制造,另一个设于陆军研究实验室专注粘接复合材料。这些MDF的目标是建立永久的参考信息库,在开放式制造计划结束后长期运行,使人们可以访问各种有用方法和过程模型。这些设施还将作为测试中心,展示国防部及其工业基础等机构正在开发的技术的演示应用,并作为促进机构推进技术应用。

为了实现加强对这种制造的控制,开放式制造项目正在开发快速鉴定技术,它不仅可用于增材制造,还能用于一系列新的制造技术。该计划包括三部分,其中两部分重点研究金属增材制造过程,另一部分重在复合材料结构件连接。

开放制造项目包含3个主要的子项目,其中两个聚焦金属增材制造工艺,一个研究黏结复合材料结构。快速低成本增材制造(RLCAM)子项目:旨在使用基本原理和基于物理的建模方法预测由激光金属烧结方法制造材料的性能。DMLS方法使用激光熔化镍基超级合金粉末,打印3D产品。

开放式制造项目也正在开发几个先进制造技术来满足国防需求。其中一个是“制造大构件的微工厂”技术,使用一千多个微型机器人,每一个都比一分钱硬币还小,就像昆虫一样飞来飞去,实现桁架构件的快速组装。在概念演示中微型机器人已经完成了12英寸大小带有集成电路的桁架构件的制造,展示了大规模并行处理的潜力,成千上万的微型机器人将可以同时高效地组建复杂的桁架结构。这项技术将应用于军事系统先进电子器件的快速制造中,或者非常微小的无人机机翼的加工。

增材制造部件通常由无数个叠在一起的微尺度焊珠组成。即便十分了解所使用的合金材料,使用传统制造方法和使用增材制造方法所造出来的材料在微观结构上也会差异巨大,因此性能指标也会不同。另外,由不同3D打印机器制造出来的部件彼此会完全不同,目前的统计学评定方法将不再适用。因此,必须充分理解每个增材制造材料,全新的生产过程必须可控,以保证增材制造的部件满足所需的性能指标。

开放式制造项目已经建立了两个制造示范设施,一个位于宾州州立大学,重点在于增材制造;另一个位于陆军研究实验室,重点在于复合材料连接。这两个制造示范设施的目标是建立永久性的数据库,在开放式制造项目结束后仍能持久运行,个人可以访问不同的构造方法和过程模型。这两个制造示范设施还用作测试中心验证国防部及其工业基地、以及其他机构在研技术的应用,并作为加速新技术应用到催化剂。

DARPA的开放制造项目旨在解决上述问题,通过构建和演示快速评定技术,全面捕捉、分析和控制制造过程中的变化,预测产品的性能。如果成功,先进制造技术将时间和成本方面的拥有巨大优势,满足美国国防和国家安全所需。

DARPA国防科学办公室的项目经理米克马赫称,“开放式制造项目本质上是获取并理解增材制造以及其他新型制造技术的物理和工艺参数,使我们能够快速预测出生产的零件性能如何。一开始新型制造技术起初的可靠性和运行变化总是不确定的,因此我们利用反复‘测试再测试’的方法来监测材料和工艺的状态,这种方法不可避免的昂贵且费时,最终破坏了创新的动力。”

钛加工子项目:旨在结合基于物理和数据的信息学模型,确定影响大型制造结构的关键参数。tiFAB使用电子束替代激光熔化钛线圈,一层层地打印3D结构。可靠的组合式结构转换子项目:旨在发展数据信息学方法,定量分析复合材料黏结工艺,使粘结剂本身成为复合材料的结构。目前的技术水平除了取决于粘结剂的性能,还依赖于机械紧固件。TRUST项目将努力降低对紧固件的依赖,使黏结而成的复合材料具有简化装配和减轻结构重量的优势。

美国先期研究计划局的开放式制造项目试图通过开发并验证快速鉴定技术,该技术能够全面获取、分析并控制制造过程中的变化以预测最终产品的性能,从而解决上述问题。一旦成功,将有助于在国防和国家安全相关的广阔范围内,节约先进制造的时间和成本。 DARPA旨在通过提升对材料和工艺的理解,来推动3D打印技术以及其他创新性的概念融入到主流国防制造并发挥作用。

另外,开放制造项目还在为作战人员发展经济可承受的定制矫形器快速制造技术,例如为伤残作战人员制作假肢。这种技术将改变目前的方法,使用自动工艺法为每个人定制假肢。这将满足大量伤残人员的需求,并且可以快速更换并提高耐久性。

用增材制造加工零件的挑战是,这些零件通常是由无数微米级的焊缝在彼此顶部堆积组成。即使使用众所周知的可靠合金材料,增材制造加工出的材料与传统加工方法加工出来的材料在微观组织上也可能大不相同,材料的性能也会不一样。此外,不同机器加工出的零件,彼此之间也会差异巨大。因此,每一种新材料都需要进行精确测试,每种新工艺也需要准确控制,以确保制造出来的产品的可靠性。

DARPA国防科学办公室项目经理Mick Maher表示:“有史以来,突破性的材料和制造技术有力支撑了美国的军事优势。但是最近,全新制造技术所带来的风险降低了我们的信心。全新的制造技术的可靠性和批间的变化起初总是不确定的,但如果我们使用直接和重复的“试验,再试验”的方法评定这些材料和工艺,不可避免地会十分昂贵和耗时,最终损害创新激励机制。通过开放制造项目,DARPA将为美国先进制造领域使用全新技术提供知识和信心。开放制造项目对于采集和理解增材制造和其他创新的生产概念的物理过程和工艺参数十分必要,保证我们可靠地预测所生产部件的最终性能。”

[据DARPA官网2015年5月29日报道]近年来增材制造技术发展迅猛,去年国际空间站的一位宇航员在太空利用3D打印机制造了一个套筒扳手,这意味着未来数字代码的使用,将替代发射专用工具进入轨道的需求。在地球上,海军正在考虑在船上使用增材制造技术,一个商用飞机发动机公司最近也公布了它的第一个获得联邦航空局批准的3D打印零件。尽管增材制造技术拥有革命性的前景,但从理解制造工艺的细微差别对最终制备出的材料性能的影响来看,这种技术目前仍处于起步阶段。为了能够可靠地大批量生产出一些诸如飞机机翼或军事系统中的其他复杂部件,克服这种缺陷是十分必要的。

[据美国《国防高级研究计划局官网》2015年5月29日报道] 目前增材制造,包括新型的3D打印技术正在蓬勃发展。去年在国际空间站上,一名宇航员使用3D打印机制作了套筒扳手,这意味着在未来不必向空间站发射专门的工具,使用数字代码便可在空间站制作所需工具。另外,美国海军正在考虑在舰船上应用增材制造技术,而一家商用发动机公司最近对外公布了首个经过FAA取证的3D打印部件。

米克马赫称:“从历史上看,美国的军事优势是由材料和制造方面的突破带来的。近年来,新的制造技术带来的风险降低了人们的信心,导致人们拒绝接纳这些新技术。通过开放式制造项目,DARPA正在通过提供使用新技术所需的知识、管理以及信心,来加强美国的先进制造业。”

其他的先进制造概念还包括自动缝纫技术,这将允许在美国国内以较低的成本为美国军队快速生产制服。这种机器人系统使用电脑视觉快速准确地把面料缝制在一起,针数十分准确。除了用于制作军服,这种技术也有潜力通过快速生产定制服装繁荣美国国内的服装行业。

为了支持战斗人员,该项目还演示了一个定制的矫形器的快速低成本制造。这项工作将会把目前定制化矫形器需要技工的加工方法转变为自动加工的过程,从而可以让更多的患者获得定制的矫形器,加快了矫形器修改加工的速度,提高了耐用性。

目前,开放制造项目已经建成了2个制造演示工厂,一个位于宾夕法尼亚州立大学,聚焦增材制造;另一个位于陆军实验室,聚焦于黏结而成的复合材料。这些MDFs的目标是建立永久的仓库,以便在开放制造项目结束后长期存在,使每个人可以了解到各种先进的方法和工艺模型。这些工厂同时也是试验中心,可演示国防部、工业界和其他部门所发展的技术应用,成为加速技术应用的催化剂。

“钛加工”部分旨在结合物理模型和数学模型,找出利用增材制造加工大尺寸结构过程中,影响性能的关键参数。

开放制造项目同时也在发展其他若干先进制造技术以支持国防所需,其中一项为微型机器人制造技术,其使用超过1000个小于一枚硬币尺寸的微型机器人,它们像小型昆虫一样聚集在一起高效地组装桁架结构。目前,微型机器人已经成功组装了一个12英寸的拥有集成电路的桁架结构,验证了大量微型机器人同时高效制造复杂桁架结构的潜力。该技术可于快速制造军用电子系统或者微小型无人机的机翼。

“结构件可靠组合”部分旨在开发数据信息方法将复合材料连接过程量化,实现单独使用粘合剂来连接复合材料结构。目前最先进的技术除了需要使用粘合剂之外还需使用机械紧固件。“结构件可靠组合”试图消除对这些机械紧固件的依赖,只利用粘合剂连接复合材料,从而简化装配流程,减轻结构件重量。

“快速低成本增材制造”部分旨在使用第一性原理和物理建模,预测采用镍基高温合金粉末进行直接金属激光烧结所得材料的性能。

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