Med hjälp av avancerad additiv tillverkningsteknik, Arméforskare arbetar med en stållegering som uppfunnits av flygvapnet för att skriva ut invecklade geometrier med ultrahög hållfasthet. Detta prov, skapad med en teknik som kallas pulverbäddfusion, är symbolen för det nybildade Army Futures Command. Stålet är 50 procent starkare än vad som finns i handeln. Kredit:US Army foto av David McNally
Soldater som behöver reservdelar kan vända sig till 3D-skrivare i framtiden för att snabbt leverera tillförlitliga och ultrastarka metalldelar. Arméforskare tittar på ny teknik för att skapa stållegeringsdelar från pulver med hjälp av en laser.
Vid U.S. Army Combat Capabilities Development Commands Army Research Laboratory, Forskare inom materialtillverkning säger att denna teknik kan förändra allt.
"Jag tror att det verkligen kommer att revolutionera logistiken, " sa Dr Brandon McWilliams, en teamledare i labbets tillverkningsvetenskaps- och teknikgren. "Additiv tillverkning kommer att ha en enorm inverkan på hållbarhet."
Även om framstegen är stadiga, McWilliams sa att förverkliga drömmen om att snabbt skriva ut, pålitliga 3D-metalldelar är fortfarande långt kvar; men dess fördelar kommer att vara betydande.
"Du kan verkligen minska ditt logistikavtryck, " sa han. "Istället för att oroa sig för att bära en hel lastbil, eller konvojer massor av reservdelar, så länge du har råvaror och en skrivare, du kan eventuellt göra allt du behöver."
Forskarna använder en legering som ursprungligen utvecklats av det amerikanska flygvapnet. Armén anpassade metallen, kallas AF96, till pulverform. Med en metod som kallas Powder Bed Fusion, 3-D-skrivarens laser smälter selektivt pulvret i ett mönster. Skrivaren belägger sedan byggplattan med ytterligare ett lager pulver och processen upprepas tills delen är klar.
"Vi kan skriva ut delar med interna strukturer som de inte nödvändigtvis skulle kunna skapa med så stor dimensionell noggrannhet där de försöker använda kvarn eller maskindel, " sa Dr. Andelle Kudzal, en materialingenjör i McWilliams team.
Att hålla den resulterande delen i handen är talande. Det känns som ett stålstycke som smiddes traditionellt, men den har invecklade designegenskaper som ingen mögel skulle kunna skapa. Arméforskare sa att denna stållegering har fantastiska egenskaper och ännu viktigare potentiella tillämpningar för reservdelar för markfordon.
"Det här materialet som vi just har skrivit ut och utvecklat bearbetningsperimetrar för är förmodligen cirka 50 procent starkare än något kommersiellt tillgängligt, " sa McWilliams.
För arméapplikationer, nyckeln till användning är certifiering. Kommer delen att fungera efter behov i ett slagfältsscenario?
"Vi har tryckt några impellerfläktar till M1 Abrams [Main Battle Tank] turbinmotor och vi kan leverera den delen – de kan använda den, och det fungerar, " sa McWilliams. "Men det är inte en kvalificerad del. När det gäller ett slagfältsscenario som kan vara tillräckligt bra för att kunna få din tank igång igen i timmar eller dagar om det är viktigt för uppdraget, men å andra sidan, vi måste fortfarande kunna svara, fungerar detta lika bra som OEM-delen [tillverkare av originalutrustning]? Fungerar detta bättre?"
Forskarna sa att det handlar om två verkliga strategier. Den ena är för att upprätthålla slagfältet, logistikdelen – byte av befintliga delar och stödjande äldre system, men den andra strategin handlar om terminssystem.
Titandelar tryckta av pulver och laser ger forskare hög hållfasthet, värmebeständiga exempel på framtiden för additiv tillverkning. Kredit:U.S. Army foto av David McNally
"Det är där vi är mer integrerade med OEM och industrin för att se de saker de arbetar med och se hur vi kan göra saker bättre för att verkligen driva på det senaste, " sa McWilliams.
Flygvapnet utvecklade ursprungligen denna legering för bunkersprängande bombapplikationer. De behövde en metall som var mycket höghållfast och hög hårdhet, men de behövde också att det var ekonomiskt.
"Det fina med det för armén är att det har ett brett spektrum av tillämpningar. Vi har intresse från markstridsfordon, så att den kan användas som reservdelar, "McWilliams sa. "Många av våra delar i markfordon är nu stål. Så det här kan läggas in som en ersättare att inte behöva oroa dig för materialegenskaper eftersom du vet att det kommer att bli bättre."
Arméforskaren Dr Brandon McWilliams, en ledare i ansträngningarna att främja 3D-tryckta metaller, håller en provdel skapad av pulver vid US Army US Army Combat Capabilities Development Commands Army Research Laboratory på Aberdeen Proving Ground, Md. Kredit:US Army foto av David McNally
Laboratoriet har ett nära samarbete med industri- och akademiska forskare för att modellera nya legeringskonstruktioner, utföra beräkningstermodynamik och påskynda processen för att få materialet till soldater.
"Vi har tagit fram en färdplan och det är en integrerad plan som nu fokuserar på att stödja våra moderniseringsprioriteringar, men vi är också nära knutna till markstridsfordon, " sa McWilliams.
