DARPA开放制造项目全力提升美国制造能力

<p>　　[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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。”</p><p>　　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（DMLS）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。</p><p>　　钛加工（tiFAB）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（TRUST）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。</p><p>　　目前，开放制造项目已经建成了2个制造演示工厂（MDFs），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。</p><p>　　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（30.48厘米）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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><br />