美陆军投资建造世界最大金属3D打印机，目标尺寸：9 x 6 x 3.6 m

今年上半年，美国陆军与该国应用科技研究组织（ASTRO）签订了一份合同，涉及开发一款新的金属3D打印设备，用于坦克和悍马的单件装甲车底盘直接制造。ASTRO声称，这款打印机将能够打印尺寸为30 x 20 x 12 英尺（约9 x 6 x 3.6 m）的单一、无缝战车外部构件，从而缩短交货时间、显着降低制造成本、并实现更轻的车辆设计。该组织首席研究员透露，大规模增材制造有可能改变军用车辆的制造方式，同时使美军减少对过去脆弱的供应链的依赖。

减轻零件重量、加快制造速度是该领域的关键要素

该设备将成为世界上最大的用于地面车辆生产的金属 3D 打印机，其成型尺寸应该足以构建任何特点的地面车辆零件。作为主要承包商， ASTRO将依次验证当前多种技术，因此与Ingersoll Machine Tool（英格索尔机床公司）、Siemens和MELD Manufacturing等分包商展开了进一步合作。

当前，最为常用的金属3D打印工艺是无异于粉末床熔融技术，其使用高能量选择性地固化金属粉末。2019年，美陆军还要求3D Systems开发9激光器1m x 1m x 0.6m的大型SLM金属3D打印机，但该工艺必须完全清除构建环境中的氧气和湿气，以防爆炸并确保打印质量。即便如今SLM技术的成型尺寸越来越大，但与美国陆军项目的规模仍然相去甚远。建造一个具有这种建造体积的密闭腔室将极其昂贵，反复填充惰性气体更是非常不切实际。

拟定的大型金属3D打印机的设计效果图 [来源：美国陆军]

美国陆军项目的另一种可能性是采用DED能量沉积或WAAM电弧增材制造技术，其中机器人系统使用焊接工具头逐渐沉积材料。在此类技术的应用方面，火箭制造公司Relativity Space分别拥有若干台可以打印15英尺（4.5m）、20英尺（6m）甚至30英尺（9m）的“Stargate”的3D打印机，可同时打印第一级和第二级火箭以及整流罩。然而，由于该过程涉及高温，零件质量和热复杂性是难以绕过的问题，因此最终未被ASTRO选择。

Relativity Space世界最大金属3D打印机

对于该项目，另有两种工艺值得考虑。一种是澳大利亚SPEE3D公司推出的冷喷涂3D 打印工艺。它采用细小的金属颗粒以超音速喷出，并与基体接触瞬间产生剧烈的塑性变形，接触面积增大，加上撞击速度快、作用时间短，产生的热量来不及散失，温度的升高使粒子和基体部分熔化，形成局部冶金结合，因此可以利用该技术进行大型零件的直接制造，其速度比激光沉积和送丝电子束熔化都要快出很多。

冷喷涂金属3D打印工艺

然而，ASTRO目前选择了MELD Manufacturing的搅拌摩擦焊技术，这是一种无须高能热源、不需气体保护，能以10倍速度成型的金属3D打印技术。它利用搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向的压力使得材料连接在一起。在该过程中，材料并未经历熔化与凝固而一直保持固态，且过程中的挤压又起到“锻造”作用，最终得到的是性能良好的细晶组织。细晶组织具有良好的机械性能和疲劳性能，且能改善材料的延展性，这也是材料提高强度等性能的原因。

虽然与粉末床激光熔融技术相比，该工艺所制造的零件仅是接近最终形状，但其能够可靠且快速地沉积金属。不必经历高温过程，还不需要任何特殊的腔室、惰性气体、高能激光器等，只需要旋转工具头并四处移动，从而最大程度保证了制造过程的稳定可靠。

搅拌摩擦焊的原理

 Meld Manufacturing搅拌摩擦增材制造过程

Meld Manufacturing已经成功开发出钛合金、铜合金、不锈钢以及镍基合金等主流材料的3D打印工艺。所制造的IN625的疲劳寿命相比原料棒材提高了4倍，并能够以至少10倍于粉末熔融工艺的速度进行材料沉积。而且，该工艺能够制造多金属材料和梯度材料。

对于本文所提到的合作项目，美国陆军要求首先将最终设备的较小版本作为试点项目构建，然后是全尺寸设备。目前，Meld Manufacturing已被美国陆军选为远征技术服务商，使其尽可能靠近战场进行维修和生产战斗车辆部件，同时提高整体效率并降低成本。未来，美国陆军很可能能够自由建造各种一体式车体，从而加快野战的机动灵活性。而在将3D打印用于战地维护方面，美军采用了多种多样的工艺类型，前不久美国防部还授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱的制造合同。

ExOne移动方舱，脱脂烧结炉也将集成于内部

武汉天昱“全新一代智能铸锻铣短流程绿色复合制造机床”建成投运

在今年TCT展会上，国内中科煜宸、鑫精合等公司展示了多件大型金属3D打印构件。而近日，被国家限制出口的微铸锻铣一体化增材制造技术（最大尺寸可达：5.8×5.2 ×1.5m）迎来投产。7月1日，“全新一代智能铸锻铣短流程绿色复合制造机床”建成投运，该机床是满足大型金属构件行业应用需求的超大尺寸智造3D打印装备，也是“金属3D微铸锻技术”的第四代大型装备，可一次成型、实现多功能复合以及柔性智能控制。

注：本文内容来自3D打印技术参考。

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