工程師開發陶瓷和金屬3D列印解決方案，為美國海軍在海上製造更換零件！

美國海軍是增材製造技術的主要支持者，在船上使用3D印表機可以在偏遠地區提供自我維持的能力，使水手和軍官可以在船上製造和修理自己工具的零件和部件，而不必回到港口。傳統的解決方案是破壞性的和昂貴的，並且相當耗時，而目的只是解決一個小的不能再小的問題。最近，康涅狄格大學（康涅狄格大學）的工程師團隊一直在努力工作制定解決這個問題的辦法。

UConn的工程師們已經找到了一種方法，讓海軍船員確定船上機械故障的確切點，否定他們不得不離線進行維修。相反，他們可以使用3D列印技術在海上修理或更換不好的部件，以此節省時間和金錢。

材料科學與工程系副教授Rainer Hebert是UConn公司普惠增材製造創新中心主任，也是研究團隊的領導者。工程師創建了一個設備，使用3D列印金屬上的陶瓷來查找有關潛在問題和板上退化的信號，如過熱。

通用電氣先進位造教授、康大創新合作夥伴執行董事Pamir Alpay教授解釋說：「實質上，我們要做的是在增材製造環境中，將兩種完全分離的材料（陶瓷和金屬）結合起來，在3D列印過程中這樣的組合是獨特和具有挑戰性的。」

與陶瓷和金屬增材製造的結合，將為需求行業帶來新的機遇，實際上也是全球其他工作的目標，如XJet的新型Carmel系統。

溫度變化可能表明船上存在問題。該團隊的設備可以同時承載現有組件的重量，同時抵抗現有組件的溫度變化。然後，它會產生一個實時的電氣信號，提醒機組人員注意溫度變化，以及在出現問題的部位上施加多大的壓力。

UConn的工程師們也正在研究一種可以在現場部署的製造工藝，一旦原來的金屬陶瓷部件出現故障或其他問題，就可以在船上生產3D列印的替換部件。

金屬和陶瓷的結合源於海軍希望延長船舶維修周期的願望。據海軍工作人員介紹，如果能夠實時監測關鍵部件，並且可以在海上製造更換部件，船舶就不必在線維修和檢查。

UConn系統的工作原理是將陶瓷氧化物沉積在結構化的3D列印元件上，這些元件由航空耐高溫合金Inconel製成，可耐溫度變化。陶瓷氧化物可以感應應變和溫度變化，通過無線電頻率產生可接近的電信號，為海軍工作人員提供寶貴的實時監測。因此，例如，康大指出，一個局部的壓力點就像一個小裂縫，可以在成為一個更大的故障點之前被檢測和修復，雖然已經有技術可以提醒船員注意特定船區的溫度波動。但Alpay說，這種類型問題的確切位置的信號是新的。

Alpay說：「這是一個概念驗證研究，表明在保持氧化物功能特性的同時可以做到這一點。」

據悉，該系統過程的可行性論證已在去年發表在「Acta Materialia」雜誌上。

一旦替換部件被3D列印，將會有必要的額外的處理步驟，例如表面平滑和在爐中加熱部件以賦予它們特定的性能，但是根據Hebert的說法，如果您權衡這些步驟與節省燃料和重量的可能性結構化船舶部件的按需現場製造和自診斷，潛在的效益遠遠超過了額外的處理。

雖然康大的陶瓷金屬組合也可用於汽車和航空航天應用，但海軍現在對這種技術有真正的需求。 此外，Hebert還為海軍航空系統司令部（NAVAIR）的兩名工程師開發了為期10天的3D列印培訓課程，以便為他們提供理論背景信息和實踐經驗。培訓將有助於傳播3D列印知識，以及其在更廣泛的圈子中的機會、限制和挑戰。

根據Hebert的說法，海軍和國防應用的潛力是真實的，進一步的基礎和應用研究對於在現場使用中獲得可重複的結果和復原力是必要的」。

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