美国空军3D打印跑道项目获得SBIR第二阶段资助

时间：2020-08-13 14:52 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网8月13日讯，去年，致力于探索传统生产工艺替代方法的ITAMCO（印第安纳州技术与制造公司）与普渡大学的研究人员合作，为美国空军制作了3D打印的机场跑道垫，以供临时或远征飞行中使用。在为竞争性SBIR（小型企业创新研究）计划的第一阶段赢得资金后，该团队得以竞争3D打印跑道垫的第二阶段项目资金，并宣布已获得该资金。这也为鼓励美国小型企业作为SBIR计划的一部分，以从事联邦研究/研发工作，并最终将其商业化。自1955年以来，ITAMCO就一直为重型行业提供开放式齿轮和精密加工服务，并于2015年成功启动了“增材制造战略技术计划”。ITAMCO及其合作伙伴确认了该技术的商业潜力，可行性和技术优势。第一阶段使用3D打印的跑道垫，但第二阶段将使团队继续进行原型和测试过程。
在讨论军事目标时，我们经常听到“准备就绪”一词，它衡量一个单位完成其任务的能力。自越南战争以来，美军最经常使用的是由AM-2（铝制木板垫）制成的便携式跑道表面。尽管这已经成功完成了数十年，但空军认为现在是升级的时候了，ITAMCO的研究项目团队已准备就绪。

（图片由ITAMCO提供）
该小组的研究目标是使用坚固的辊或片材技术创建AM-2跑道垫的替代品，而增材制造将在这项工作中提供多种好处。便携式气道垫必须足够结实，可以在许多飞机起降时承受住压力，但仍易于存放和设置。该团队与普渡大学Lyles土木工程学院的副教授Pablo Zavattieri合作，提出了一种解决方案，该解决方案的特征是上表面与下表面匹配，并使用相变细胞矩阵（PXCM）几何形状来帮助垫子必须承受的载荷和剪应力。Zavattieri教授解释说：“主要优势在于，它不仅可以用作能量吸收材料，而且与为此目的设计的许多其他材料不同，PXCM可以重复使用，因为不会发生不可逆的变形。”

压缩测试相变蜂窝材料的蜂窝结构。（图片由普渡大学提供）
使用PXCM几何图形制作的项目实际上可以从一种稳定的配置更改为另一种，然后再次返回。因此，从本质上讲，ITAMCO团队的3D打印跑道垫应该能够“自我修复”，这无疑会延长产品的使用寿命。实际上，根据ASME在2016年发表的有关Purdue和General Motors开发的PXCM的文章，它们可以“按比例缩放到几乎任何尺寸并进行3D打印”，并且“可以类似于用于耗能的商用金属蜂窝结构而无需进行任何操作”，依靠塑性变形恢复原装以反复使用。”
ITAMCO和Purdue也正在使用Atlas 3D Sunata，这是一种基于云的ITAR兼容软件，已被多家财富500强公司和国防部使用。该软件为3D打印选择最佳方向，并将自动生成必要的支撑结构。用于制造跑道垫的新型3D可打印PXCM材料可以在60天内支持5,000次着陆和起飞周期的飞行操作，并且可以用手将其放置在适当密度的水平表面上。此外，跑道的性能不会受到碎片的负面影响。

2016年7月12日，科技中士丹·齐默尔曼（后）和高级飞行员Thet Tun（前）在阿富汗营地德维尔携带一种AM2消光材料。使用AM-2消光面建造了一个100'x 100'的直升机着陆区支持德维尔营地的医疗设施。图片：（由451航空远征支援中队提供）

新的PXCM解决方案的目标是每平方英尺跑道费用不超过3.5磅，跑道垫的原型将在ITAMCO的EOS M290系统上进行3D打印。该团队将针对现有的AM-2跑道垫，根据MIL-Spec测试新的3D打印原型，并准备最终的维修地点以及该垫在完全可操作的情况下恢复自身形状和功能的能力。

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