美國(guó)空軍理工學(xué)院（AFIT）開發(fā)了一種用于武器應(yīng)用的高性能3D打印鋼AF-9628。由Erin Hager上尉領(lǐng)導(dǎo)，并由空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）彈藥理事會(huì)贊助，這種粉末床熔合（PBF）技術(shù)使得鋼的生產(chǎn)具有比傳統(tǒng)AM合金更高的拉伸強(qiáng)度。使用這種方法生產(chǎn)3D打印的復(fù)雜彈藥，然后進(jìn)行測(cè)試，為更輕的彈藥鋪平道路。

用AF-9628粉末印刷各種零件后，上尉Erin Hager分析了產(chǎn)生的孔隙率，強(qiáng)度和沖擊韌性照片來自空軍理工學(xué)院。

空軍級(jí)鋼AF-9628

AF-9628由AFRL的Rachel Abrahams博士開發(fā)，是一種具有高強(qiáng)度和韌性的鋼合金。在最初的開發(fā)中，AF-9628被用來制造具有所需爆炸輪廓的掩體炸彈。與HP-9-4-20（一種用于Massive Ordnance Penetrator武器系統(tǒng)的鋼）相比，AF-9628是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗缓u。盡管AF-9628的配方比傳統(tǒng)彈藥中使用的普通牌號(hào)貴，但其成本卻低于其他高性能鋼合金，包括Eglin Steel和HP-9-4-20。對(duì)于這些吸引人的特性，特別是其高強(qiáng)度，研究實(shí)驗(yàn)室確定AF-9628是增材制造的最佳材料。3D打印越來越多地融入軍隊(duì)的運(yùn)作中。此前，空軍利用該技術(shù)為傳統(tǒng)飛機(jī)打印低成本替換零件。在美國(guó)陸軍，3D打印已被用于按需生產(chǎn)工具和備件。美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）有多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步計(jì)劃，包括使用空軍鋼合金AF96粉末為地面車輛3D打印高強(qiáng)度備件。

粉末床熔合鋼合金

合金的粉末床熔合一直是具有挑戰(zhàn)性的。這是某些合金不會(huì)熔化并且在形成零件時(shí)易于破裂的結(jié)果。在確定AF-9628是否可打印時(shí)，Hager專注于首先表征粉末的形狀和大小，然后研究并確定它是如何隨著熔化和篩分而變化的。在AFIT的掃描電子顯微鏡下進(jìn)行檢查。后來，代頓大學(xué)研究所使用尺寸表征光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了性能測(cè)試。一旦Hager確定金屬粉末在機(jī)器中可預(yù)測(cè)地熔化，就會(huì)產(chǎn)生實(shí)際的測(cè)試物品。在對(duì)各種零件進(jìn)行3D打印后，Hager分析了所得的孔隙率，強(qiáng)度和沖擊韌性。令Hager驚訝的是，她的3D打印合金零件表現(xiàn)出良好的機(jī)械性能，沒有開裂跡象。滿足所需的10％伸長(zhǎng)率，表明強(qiáng)度增加而不變脆。事實(shí)上，輸出與傳統(tǒng)的鍛造和熱處理AF-9628零件非常相似。

Erin Hager上尉將粉末狀的AF-9628鋼倒入粉末床熔接機(jī)中。照片來自空軍理工學(xué)院。

3D打印彈藥

AF-9628粉末加工制造零件的熱成像。 照片來自空軍理工學(xué)院。