国外国防科技年度重大进展之十一 2020年先进制造领域十大进展

先进制造领域十大进展

一、英国构建下一代战机智能工厂

2020年7月，BAE系统公司宣布，开始在英国兰开夏郡沃顿市建设全球首个数字互联智能工厂。该工厂集成了最新的增材制造、虚拟/增强现实、可重构柔性机器人辅助装配、数据驱动的智能中枢、智能工作站、自主移动机器人和智能物流系统等技术，旨在推进下一代战机“暴风”制造，实现生产成本降低、生产时间减半以及2035年形成初始作战能力的目标。

二、美国建立高超声速武器系统研发新模式

2020年9月，美国应用科学与技术研究组织宣布，完成DARPA委托的“高超声速武器生产加速器实验室”设计工作。该实验室将高超声速武器相关政府部门与材料供应商、设备供应商、推进系统开发商和系统集成商等汇聚到一起，取代分散在美国各地的供应链，开发并定期更新定制化制造工艺，以解决供应链分散和进度延迟问题。与之前模式相比，采用新模式将使成本降低45％，交付时间缩短73％，同时保持供应链中各级承包商同步。

三、DARPA开发世界最强短纤维复合材料制造工艺

2020年5月，DARPA“可定制通用成型原料”项目团队宣布，采用新型复合材料增强体，制备出迄今世界上机械性能最好的短纤维复合材料，拉伸模量和抗拉强度较之前性能最好材料分别提高39%和65%。新型增强体具有良好的平面延展性，采用金属拉伸成型工艺，有望用于小型复杂零件快速低成本制造，大幅改善零件性能，对武器装备减重、降低成本、增效有重要意义。

四、澳大利亚陆军推动超声速3D沉积技术战场应用

2020年2月，澳大利亚陆军启动超声速3D沉积技术试点项目，包括对士兵进行技术培训，以及在军演现场进行部署和能力评估，验证该技术的战场适用性。澳大利亚陆军先后于6月、8月两次在野战极端环境中，快速部署基于该技术的大型、高速金属3D打印机，建立按需打印零件数据库，试验打印了多种实际军用金属零件，证明该技术是实现远征作战金属3D打印的有效解决方案，可补充现有供应链，提高战备能力。

五、美海军陆战队采用增材制造技术加强防御工事

2020年8月，在美国防创新小组“建筑物增材制造”计划支持下，海军陆战队在彭德尔顿基地采用“火神”（Vulcan）打印机，逐层喷射特制聚合物混凝土材料，用时36小时制成4个约8米×4米×4.5米的拱门结构，为“海马斯”自行火箭炮搭建出一套掩体建筑，且比传统方式制造成本显著降低。混凝土增材制造技术能以简单快速的方式建造建筑物和其他基础设施，对于远征作战具有重大意义。

六、美以合作利用DNA自组装技术制造三维超导纳米结构

2020年11月，美国布鲁克海文国家实验室称，与哥伦比亚大学和以色列巴伊兰大学合作，利用形状可编程的DNA框架，建立了新型纳米制造平台，可用规定的组织制造三维超导纳米结构。这种基于DNA自组装的复杂三维纳米结构可实现无电阻导电，为量子计算和传感器件的制造提供平台，加速军队现代化建设。

七、美陆军最大激光选区熔化增材制造设备首次通过打印测试

2020年10月，美陆军投资研发的世界最大激光选区熔化增材制造设备完成首次测试打印。该设备旨在满足远程弹药、下一代战车、直升机和防空反导领域的特定应用需求，含9个激光器，最大构建尺寸为1米×1米×0.6米，每个激光器都配有独立熔池监测系统，内置6个高对比度单镜头反光相机，可提供全面的现场构建视图，无需图像处理，即可实时获取构建数据。与传统金属增材制造设备相比，该设备惰化速度快多倍，氩气消耗量仅为1/10，氧气浓度大幅降低，可生产化学纯度极高的超坚固零件。

八、美英加强数字孪生技术在军用飞机上的应用

2020年，数字孪生技术在美欧多型战机研发与维护中取得应用进展。4月，美空军提出拟耗时6年，通过拆解、扫描和数字化重建，为B-1B“枪骑兵”战略轰炸机创建整机数字孪生模型，用于实时诊断飞机结构健康状况，解决飞机维护问题，实现该机型服役到2040年的目标。5月，美陆军开始创建其首个主战装备数字孪生模型——UH-60L“黑鹰”直升机的模型，为采购已停产、小批量零部件创造条件，同时形成零部件增材制造生产能力，确保机队和陆军战备能力。8月，BAE系统公司采用数字孪生技术完成下一代战机“暴风”的虚拟设计，并计划采用全数字化方法进行系统设计与测试，大幅缩短研制周期，实现2035年形成初始作战能力的目标。

九、美空军开发S型飞机发动机进气道制造新工艺

2020年3月，美空军研究实验室宣布，牵头对3.35米长S型无人机系统发动机进气道制造新工艺进行成本和效益的量化评估。新工艺是将干纤维自动编织到单件式形状记忆聚合物芯轴上，之后放入加热炉进行固化。与传统工艺先将合成树脂预浸料手工铺放到多件式钢制芯轴、再放入热压罐中进行固化不同，新工艺引入可重复使用的形状记忆聚合物芯轴、自动编织层工艺和基于真空辅助树脂传递模塑工艺的复合材料固化技术，可显著降低成本并缩短工艺周期。

十、美空军举办首届先进制造奥运会

2020年10月，美空军快速装备保障办公室投资近百万美元，举办为期4天的首届先进制造奥运会，目的是聚集国防承包商、初创科技公司及学术界力量，利用3D打印、预测性维护和逆向工程等先进制造技术，实现空军老旧飞机快速、低成本保障。此次线上赛会设置“技术数据包接力”“零件箱自由体操”“材料跨栏”“审批短跑”“供应链马拉松”5项技术挑战，分别围绕逆向工程三维扫描、基于现有技术数据包的战场精确增材制造、新型高强铝合金、增材制造解决方案的快速设计鉴定与部署、增材制造供应链开展创新研究。

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来源 | 北方科技信息研究所

图片 | 互联网

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