美空軍研究實驗室不斷探索增材制造技術

　　增材制造(又名“3D打印”)是美空軍正在精心探索的一個充滿機遇和挑戰的領域，美空軍研究實驗室(AFRL)材料和制造局的研究人員認為，增材制造可以成為快速創新的有力工具，最終將成為研究整個材料領域制造的全新方法。

　　材料和制造局增材制造負責人米勒稱，增材制造對美空軍來說是一個巨大的機遇。從根本上說，將允許美空軍重新定義制造的概念。

　　傳統制造方法形成于工業革命時期。許多工藝都要求材料從較大的外形開始模制或碾模，進而形成特定的設計。增材制造則與之相反，它是由美國材料和試驗協會(ASTM International)定義的、在3D模型數據基礎上將材料逐層累加連接在一起的工藝。增材制造不僅提高了設計的可能性，還為創新提速、利用更少的限制條件制造更接近工程師可能需要的物體提供了一種替代方案。

　　早期發展

　　美空軍對增材制造的研究始于20世紀80年代，與工業上的快速原型概念同時發生。當時的重點是制造功能性的原型或接近所需零部件的對象，但材料缺乏必要的最低強度。早期的增材工藝使用光與一定體積凝膠中的特定部分發生化學反應，以此構建剛性的塑料部件。其它基于粉末的方法則使用利用激光熔化成形的塑料薄片。到20世紀90年代初，科學家們了解到，這種增材制造工藝可用于生產金屬物體。但依靠當時技術制造出的未加工大型部件其表面不盡人意。直到21世紀末期，激光技術發展足夠成熟，才得以推動這個領域真正向前邁進，并進一步形成了今天整個航天工業都在追求的3D打印革命。

　　向功能性應用延伸

　　隨著過去幾十年增材制造業發展成熟，該領域已經超越了塑料和金屬零部件。材料和制造局負責功能性材料增材制造的主管貝里根表示，目前正在探索利用增材制造工藝將功能嵌入結構的方法，例如通過在非傳統表面上添加電子電路或天線等等。增材制造工藝能夠使研究人員以任意形狀或任意柔性柔軟的形狀參數制造電子設備，貝里根的團隊正在尋找不同的方法來制造電路，使其能夠彎曲或粘附到新的表面或幾何形狀上。對3D打印的電子來說，導電材料被分成數百萬個小塊并懸浮在液體中，然后從打印機中分配，打印之后，這些獨立的導電塊必須保持接觸，以使電子通過電路移動進而產生能量。這樣做的目的是獲取低成本、靈活的電子設備，這些直接寫入的增材制造工藝提供了其他工藝無法實現的設計能力。

　　面臨的挑戰

　　盡管增材制造工藝經歷了多年發展和研究，但AFRL研究人員仍要解決許多難題，以便使美空軍從當前和未來的技術上獲得更大收益，這些挑戰最終歸結于材料加工的問題。另一個問題是基本材料的兼容性，在增材制造中有很多不同的接口，確保材料彼此粘附或零部件能夠承受一定的壓力及溫度，這些都是AFRL需要應對的挑戰。