1986年，通過美國國防部預先研究計劃局（DARPA）的項目，增材制造（AM）誕生在3D系統(tǒng)公司的機床上。30年后的今天，它已從實驗室轉移到戰(zhàn)爭前線應用。
最終用途零件
按需應用
前沿部署
美國的國防設施在20世紀90年代就開始使用AM技術。目前由于技術更加可靠并且擁有更好的材料，美國國防部決定直接使用這些技術，所有部門現在實施的計劃不僅要在系統(tǒng)研制中使用AM，而是在關鍵區(qū)域的前沿部署。
美國海軍計劃使用AM在三個不同層級提升機隊維修和使用。第一層是組織層，AM將用在中隊層級進行使命任務保障，即飛行器服務和零件替換；第二層級是機隊完好性中心的中間層，AM將制造發(fā)動機組件，執(zhí)行預定的維修和在役修理；第三層級是機庫層級，AM將輔助預定的維修、修改、在役修理、駐地小隊在役修理和制造。
海軍有9個配備AM技術的機隊完好性中心（FRC），5個在東海岸，3個在西海岸，1個在日本。FRC在幾個地方使用AM，如鈑金模具中成形塊以及拉伸和橡皮囊壓力組件，他們還在配合成形和快速原型中使用傳統(tǒng)AM。FRC使用熔融沉積成形（FDM）制造車間模具導引、工裝和夾具。AM軟件可以基于CAD外形和使用的CNC機床，自動地創(chuàng)建工裝和夾具的AM文件，現在可以一夜之間實施快速重構，以滿足新的使命任務需求。AM機床還生產復合材料零件，FRC也生產復合材料工具。
最終用途零件
使用AM最重要的應用就是最終用途零件。有兩類應用：一被描述為近期在制品，即用于快速修補或使命任務修改的零件;二是長期組件，使用金屬AM機床由鈦、鈷鉻和鋼合金制造的零件。美軍在未來規(guī)劃中著重強調這一點。國防部合同詳細規(guī)定零件要包含替換零件的AM文件，以及零件建造參數和后處理程序。
2017年1月23日，在加州北島的海軍航空站演示了這些AM能力。材料工程師演示了一個修理飛行器組件的冷噴涂工藝。這項增材、固態(tài)熱噴涂工藝可以修復組件已經因腐蝕、磨損或機械損傷而丟失的關鍵外形特征。其他增材技術如激光涂覆也正研究用于修理關鍵零件。
美國陸軍長期在其基地使用AM，并且首次在戰(zhàn)斗中使用了3D打印，2012年5月，在阿富汗部署了快速設備部署（REF）實驗室用于快速原型。REF實驗室已經取得成功，幾日內就能拿出快速原型方案解決難題。比如，士兵面臨一個地雷探測系統(tǒng)上的電池壽命問題，電池可支撐6~8小時，但在炎熱的阿富汗只能工作1小時。一個士兵來到實驗室6個小時，工程師就創(chuàng)造了一個適配器，連接電池并允許其由任何軍用標準電池充電，將電池壽命增加至48小時。
不過，AM技術在原型交付中的最初使用仍是其最佳作用之一，不僅試驗新設計，而是通過同時嘗試多種解決方案以利用工程師和士兵的全部智商。
按需應用
陸軍裝備研發(fā)與工程中心（ARDEC）和埃奇伍德生化中心（ECBC）正進行重要的AM工作?？焖偌夹g和檢測部門表示：“20多年來ECBD在外形、配合和功能原型上通過快速產品開發(fā)的所有階段探索AM的好處。隨著AM的持續(xù)成熟以及對該技術性能的不斷信任，國防部正實驗在戰(zhàn)場上按需應用AM。這個實施AM的范式轉移有減少供應鏈負擔并維持完好性水平的潛力。”
在ECBC，研究人員在實驗室中與許多高端AM機床一同工作，設計可打印的軍用炸彈探測器支架。陸軍ECBC生產了上千款可用來減輕士兵負擔的支架。“事實上，一周之內，我們可以設計許多并將它們打印出來交付到士兵手中，讓陸軍選擇最好的。”
安妮斯頓陸軍倉庫使用定向能沉積AM，稱作激光近凈成形（LENS），以修理M1A1坦克的補償懸臂。由于只有受損表面使用一個耐磨材料修理，對原始零件熱效應最小，成本大大節(jié)省。懸臂的替換成本是2000美元，修理成本是750美元，一個臂就節(jié)省1250美元。陸軍的AM工作由陸軍有機工業(yè)基礎戰(zhàn)略計劃（AOIBSP）指導，它嘗試提供一個高度響應和成本高效的復雜組織體。當前，AOIBSP只覆蓋了陸軍5個主要的維修倉庫和3個制造兵工廠。
空軍近些年在大部分AM開發(fā)中處于領先，空軍及其承包商報道過許多噴氣飛機組件的增材制造事件。但是空軍還有其他重要的AM計劃，如定制化制造復雜幾何外形特征的小批量零件，幫助維持大齡飛行器機隊，定制工具、發(fā)動機組件和輕量化零件可以實現更好的維修和飛行器長壽?？哲娮罱鼒蟮婪QAM可以解決多種挑戰(zhàn)，計劃在后勤群體中實施這些工藝?？哲娬J識到機隊逐漸老化，30年前建造的飛機其替換零件不存在，快速生產少量難找到的零件極為有價值且成本效率高，3D成像和相關軟件已經成熟，零件可以被掃描、翻譯為精確的CAD模型然后3D打印出來。
士兵食物
陸軍一個有意思的開發(fā)是3D打印食物以滿足陸軍需要，主要好處是降低成本，因為食物可按需生產，消除浪費和后勤成本。它將給士兵更多菜單選擇。營養(yǎng)是首要目標之一。作戰(zhàn)士兵的物理和精神壓力極高，維持一個士兵的身體和精神狀態(tài)在最佳狀態(tài)對于使命任務和安全至關重要。
美軍還與AM行業(yè)合作。軍事人員參加AM會議，為驅動這些技術發(fā)展提供輸入。他們主持活動并提供研究資金以讓這些技術更加實際和可依賴。尤其是在研究增材制造新的金屬合金上。原因是軍方認為增材制造對于未來戰(zhàn)場的許多難題都是一個重大解決方案。此外，軍方還在關注4D打印和原位電路與傳感器。有一些新技術，包括零件內嵌入式電路，在不遠的將來，飛行器機翼將擁有原位傳感器，防彈衣將內建通信、環(huán)境反饋和生物探測系統(tǒng)。
美軍在使用尖端技術上一直比對手有優(yōu)勢。近年來，軍方不僅積極使用增材制造，并且為可靠和實際使用而開發(fā)這些技術。成果是提升的軍隊完好性狀態(tài)，系統(tǒng)可以更快速地制造、修理和維修。未來，需求將是更少的零件儲備、更少的倉儲支出。增材制造將向前沿區(qū)域提供能力以針對自身開發(fā)解決方案，維持人員和物料資產。不過一個非常重要的作用是軍隊將更加精益，他們可以“以更少來做更多”。
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