宾夕法尼亚大学开发3D打印超韧钢

在不少科幻游戏中，很多坦克、飞机等大型武器只需工厂简简单单就能生产出来，然而现实上这类武器的制造是一个复杂的事情，近期美国宾夕法尼亚大学的研究人员正在研究3D打印高强度合金的方法，用于制造坦克、舰船船体等需要高强度防爆保护的物体。

在国防应用方面，3D打印作为按需制造备件的一种方式显示出了特殊的潜力，这可能对战场上孤立的士兵有利。结果，国防部委托ExOne开发了一个“便携式3D打印工厂”，该工厂能够在世界任何地方生产备件。

同样，美国陆军先前已经购买了Rize One 3D打印机用于按需生产，并采用了MELD Manufacturing技术来维修移动中的军用车辆。但是，可靠性方面的问题继续阻止军方内附加零件的进一步推广，因为它们通常需要证明是防弹的才能使其在最终使用场景中有用。

为了解决这个问题，美国陆军研究实验室（ARL）选择采用机器学习（ML），以更好地了解零件磨损。例如，ARL最近部署了Senvol的ML软件来评估3D打印导弹部件的功效，并且使用类似的模拟，宾夕法尼亚州立大学的工程师现在正在寻求对他们基于合金的方法进行认证，尽管适用于大幅面应用。

显然，坚固的3D打印金属零件在军事屏蔽方面具有巨大潜力，但某些高性能合金可能难以加工。特别是，与常规材料相比，高级钢更容易开裂，并且焊接性低，从而限制了其与国防相关的应用。

为了解决这个问题，Basak现在打算与该项目的首席研究员托德·帕尔默（Todd Palmer）合作，开发一种优化的电焊生产工艺。与粉料喂养的机器相反，工程师们希望采用基于焊丝的方法可以使它们使该过程更具成本效益，同时也减少了材料浪费。

根据Palmer的说法，宾夕法尼亚州立大学处于进行研究的独特位置：“我们围绕AM的垂直整合是宾夕法尼亚州立大学的真正优势，” Palmer说。“我们在实验方面以及材料，数值方法和机器学习方面都有专家。那就是使我们与众不同的地方：我们可以将这些人跨学科汇聚在一起。”

在项目本身期间，团队将设置为使用计算机建模来测试和完善其过程的参数，然后再模拟最终零件的性能。一旦完善，工程师们便着眼于实际评估他们的方法，使用宾州州立大学的机器创建大幅面的测试零件，并生成实验数据，这些数据可能被证明对将来的最终用途军事场景有用。

对于Basak而言，能够使用Penn State丰富的3D打印资源对于证明其方法的有效性至关重要。“在这个项目中，我们正在探索非常大的结构，”巴萨克总结说。“如果我们没有足够大的3D打印机来创建这些打印机，我们将无能为力。但是我们有很多，我们将需要他们全部来成功完成该项目。”