美海軍投資擴大3D打印在核動力潛艇生產(chǎn)中的應(yīng)用

AM易道快訊

通用動力電船（GeneralDynamicsElectricBoat）林肯電氣（LincolnElectric）和美國海軍三方宣布，將共同投資擴大3D打印技術(shù)在核動力潛艇生產(chǎn)中的應(yīng)用。

這事兒的背景，是美國海軍一個非常宏大的造艦計劃。

根據(jù)海上工業(yè)基礎(chǔ)（MIB）項目，他們計劃到2028年，實現(xiàn)每年建造一艘哥倫比亞級戰(zhàn)略核潛艇和兩艘弗吉尼亞級攻擊核潛艇的驚人速度，同時還要維護龐大的現(xiàn)役艦隊。

傳統(tǒng)的鍛造、鑄造和機加工供應(yīng)鏈，在面對如此巨大的需求時，已經(jīng)顯得力不從心，材料限制和供應(yīng)鏈瓶頸成了最大的拖累。

這時候，3D打印，特別是大尺寸金屬3D打印，就被他們推到了前臺，成為了破局的關(guān)鍵。

為什么是WAAM？

這次合作的核心，是通用動力電船將從林肯電氣位于克利夫蘭的新工廠采購大型金屬部件。

這個工廠里，部署了四套名為SculptPrint1500的機器人電弧增材制造（WAAM）系統(tǒng)。

這筆投資，也是林肯電氣在該技術(shù)上獲得的最大一筆政府資助。

WAAM系統(tǒng)，代表了當(dāng)前大尺寸金屬打印的一個重要方向。

首先，它的技術(shù)路線是機器人線材電弧增材制造（Robotic Wire-Arc Additive Manufacturing, WAAM）。

簡單來說，就是把成熟的焊接技術(shù)和靈活的六軸機器人結(jié)合起來。

以金屬焊絲為原料，通過電弧將其熔化，然后按照CAD模型預(yù)設(shè)的路徑，一層一層地堆積成型。

相比于大家熟悉的粉末床熔融（SLM/DMLS），WAAM的優(yōu)勢非常明顯：

他有著超大的打印尺寸，SculptPrint1500的構(gòu)建空間達到了5260×4780×4400毫米。

它可以直接制造幾米見方的近凈成形金屬構(gòu)件，這對于潛艇這種重型裝備來說是剛需

WAAM打印速度可以達到每小時幾公斤甚至幾十公斤，而粉末床技術(shù)的效率通常要低一到兩個數(shù)量級。

另外，金屬焊絲作為工業(yè)標準耗材，其成本遠低于專門為3D打印霧化的球形金屬粉末。

這套系統(tǒng)集成了ABB的六軸機器人、雙軸伺服定位器（可以翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)工件，實現(xiàn)更復(fù)雜的打印路徑），以及林肯電氣自家的焊接電源包。

更關(guān)鍵的是，它配備了實時過程監(jiān)控和自動層高控制系統(tǒng)。

這解決了WAAM技術(shù)的一個核心痛點—過程穩(wěn)定性。

通過閉環(huán)控制，系統(tǒng)可以確保每一層的堆積質(zhì)量，這對于制造承受極端壓力的潛艇部件至關(guān)重要。

它的配套軟件SculptPrintOS，則負責(zé)將CAD模型轉(zhuǎn)化為優(yōu)化的機器人運動和焊接參數(shù)，實現(xiàn)了從設(shè)計到制造的自動化流程。

在材料方面，它兼容鋼、不銹鋼、鎳基合金以及銅鎳合金（Cu-Ni70/30）。

尤其是銅鎳合金，這是典型的海洋工程材料，具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能，在潛艇的管路、閥門等系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用。

這說明該技術(shù)已經(jīng)為直接制造功能性海軍部件做好了準備。

工業(yè)邏輯重塑

美國海軍海上工業(yè)基礎(chǔ)項目執(zhí)行主任Matt Sermon說道：

通過對大規(guī)模增材制造的投資，我們正在幫助確保我們的工業(yè)基礎(chǔ)擁有海軍執(zhí)行任務(wù)所需的工具、技術(shù)和韌性。

我們認為關(guān)鍵詞是韌性。

對于美國而言，傳統(tǒng)的潛艇供應(yīng)鏈是漫長而脆弱的。

一個大型鍛件，從下單到交付，可能需要一年甚至更久。

如果某個關(guān)鍵供應(yīng)商出了問題，整條生產(chǎn)線都可能停擺。

3D打印改變了這個邏輯。

原本需要數(shù)月甚至一年的部件，現(xiàn)在可能在幾周內(nèi)就打印出來。

這對美軍工而言是極為重要的。

通過部署像WAAM的大型增材系統(tǒng)，制造能力可以被下載到需要的地方，極大地增強了供應(yīng)鏈的安全性和自主可控性。

這也是一種所謂的數(shù)字庫存和分布式制造概念的落地，可以實現(xiàn)供應(yīng)鏈的去中心化，提高整個供應(yīng)鏈的穩(wěn)健性。

另外艦艇的零件幾乎全是定制的，一旦供應(yīng)鏈停止，就很難找到維修零件。

有了增材制造融入到供應(yīng)鏈后，除了造新零件，還可以通過逆向工程快速按需制造絕版零件。

過去，WAAM的主要客戶來自航空航天和油氣行業(yè)。

現(xiàn)在，美國海軍這種大用戶的入場，無疑會極大地推動相關(guān)技術(shù)、材料和軟件的成熟和標準化，加速大尺寸3D打印在船舶行業(yè)應(yīng)用。

英國的新舊并舉

非常有意思的是，這種趨勢并非美國獨有。

英國國防部（MoD）潛艇交付局在2025年的TCT3Sixty展會上確認，3D打印技術(shù)正被用于下一代無畏級戰(zhàn)略核潛艇的建造，同時，一些打印部件也已經(jīng)開始安裝到現(xiàn)役的機敏級攻擊核潛艇上。

現(xiàn)在從設(shè)計之初就考慮使用增材制造，可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的、性能更優(yōu)化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

英國國防戰(zhàn)略的目標十分明確，就是用增材制造加速生產(chǎn)、縮短周期、增強供應(yīng)鏈韌性。

我們可以清晰地看到一幅圖景：

以WAAM和DED為代表的大尺寸金屬增材制造技術(shù)，憑借其在高效率、大尺寸和材料靈活性上的優(yōu)勢，正在成為重工業(yè)領(lǐng)域的破局者。

深海國防，正成為這一技術(shù)的關(guān)鍵錨點用戶，其穩(wěn)定而龐大的需求將極大地催熟DED的整個產(chǎn)業(yè)鏈，從設(shè)備材料到軟件認證。

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