2022年6月20日，資源庫(kù)從外媒獲悉，美國(guó)陸軍地面車輛系統(tǒng)中心DEVCOM-GVSC正在建造世界上最大的金屬3D打印機(jī)，構(gòu)建體積為10x6.5x4m，能夠生產(chǎn)與整車一樣大的零件。

這項(xiàng)名為“無(wú)縫船體”項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了1年多，這款全新的機(jī)器將投放在美國(guó)陸軍的巖島兵工廠，以制造陸軍地面車輛中常見的大型金屬部件。根據(jù)計(jì)劃，將創(chuàng)建和交付兩臺(tái)不同大小的機(jī)器，第一臺(tái)機(jī)器最大成型尺寸為1x1x1m，主要被用于工藝開發(fā)、打印策略和打印路徑規(guī)劃的試驗(yàn)；然后是建造第二臺(tái)全尺寸機(jī)器， 這將是目前最大的金屬增材制造系統(tǒng)。

參與該項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造和開發(fā)機(jī)器的團(tuán)隊(duì)是由系統(tǒng)集成商、工業(yè)硬件和軟件開發(fā)人員以及金屬增材制造工藝開發(fā)人員組成，主要包括Ingersoll Machine Tool英格索爾（機(jī)床制造商）、Siemens Industry西門子（設(shè)備軟件系統(tǒng)）和MELD Manufacturing（MELD工藝開發(fā)商）。

這款機(jī)器的基礎(chǔ)架構(gòu)由英格索機(jī)床提供，該公司已開發(fā)了目前市場(chǎng)上最大的復(fù)合增材制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以生產(chǎn)長(zhǎng)達(dá)7米的零件。同時(shí)，使用西門子的組件和軟件，結(jié)合多軸、基于CNC的應(yīng)用程序和過(guò)程模擬。另外，使用MELD摩擦攪拌沉積成型工藝，使用壓力和摩擦來(lái)加熱材料完成打印。

在對(duì)比了所有市場(chǎng)上的金屬3D打印技術(shù)后，該項(xiàng)目硬件上選擇使用橫動(dòng)龍門機(jī)床，把金屬打印和機(jī)加工工具直接安裝在一個(gè)軸（Z方向）上 。這樣有利于處理大型（重型）金屬部件，并能夠靈活操作，通過(guò)多種制造技術(shù)的集成，增加了加工能力。

打印大型零件需要大量材料，并且該過(guò)程的原料處理是另一個(gè)主要考慮因素。很多常見的金屬3D打印技術(shù)都使用金屬粉末作為原料。雖然定向能量沉積系統(tǒng)（DED）能夠制造更大的尺寸，但卻不能與龍門機(jī)床搭配。

而傳統(tǒng)的粉末床熔融SLM技術(shù)，需要完全清除構(gòu)建環(huán)境中的氧氣和濕氣，密閉腔室將極其昂貴，反復(fù)填充惰性氣體也不切實(shí)際。需考慮如何處理和加工金屬粉末相關(guān)的挑戰(zhàn)，并且隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大到更大尺寸，將面臨更大的挑戰(zhàn)。

在綜合考慮后，最終選擇了MELD Manufacturing開發(fā)的這種獨(dú)特的基于攪拌摩擦的增材工藝，與傳統(tǒng)金屬打印工藝明顯的不同，MELD工藝并不會(huì)熔化材料，而是利用摩擦和壓力來(lái)取代傳統(tǒng)的熔化過(guò)程。

在制造大型零件時(shí)，由于材料的重復(fù)熔化和固化而導(dǎo)致的殘余應(yīng)力問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致打印的零件有很大的尺寸誤差。而且隨著零件尺寸的增加，殘余應(yīng)力問(wèn)題也會(huì)更加突出。MELD工藝是一個(gè)固態(tài)過(guò)程，只需加熱材料使其變形足以成型即可，這樣能夠最大限度地減少極端的熱梯度和過(guò)度的殘余應(yīng)力。

其具體的工作原理是：利用攪拌針與連接件的攪拌摩擦產(chǎn)生熱量軟化連接處的材料，再通過(guò)軸向的壓力使得材料連接在一起。在該過(guò)程中，材料并未經(jīng)歷熔化與凝固而一直保持固態(tài)，且過(guò)程中的擠壓又起到“鍛造”作用，最終得到的是性能良好的細(xì)晶組織。

MELD的固態(tài)工藝能夠沉積材料，同時(shí)將溫度保持在材料熔化溫度的60-90%，這也使得它不需要專門的腔室。 此外，固態(tài)工藝避免了由應(yīng)力積累導(dǎo)致的材料開裂，并且可以減少（或防止）最終零件空隙（即孔隙率）的形成。

另外，由于MELD制造的部件是完全密集打印的，因此它們不需要二次加工來(lái)去除任何體積缺陷，例如空隙或孔隙率。此外，據(jù)報(bào)道，MELD工藝可產(chǎn)生精細(xì)的等軸晶粒結(jié)構(gòu)，從而在“打印”狀態(tài)下產(chǎn)生更好的材料性能，這與基于粉末融化的3D打印技術(shù)或鑄造方式相比，其具有較大的定向凝固晶粒，使得最終零件的性能更好。

據(jù)美國(guó)陸軍表示，“無(wú)縫船體”項(xiàng)目的目標(biāo)是生產(chǎn)一個(gè)靈活的制造系統(tǒng)，擴(kuò)展制造能力以滿足更多需求，包括用于車輛規(guī)模零件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

2022年6月20日，資源庫(kù)從外媒獲悉，美國(guó)陸軍地面車輛系統(tǒng)中心DEVCOM-GVSC正在建造世界上最大的金屬3D打印機(jī)，構(gòu)建體積為10x6.5x4m，能夠生產(chǎn)與整車一樣大的零件。

這項(xiàng)名為“無(wú)縫船體”項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了1年多，這款全新的機(jī)器將投放在美國(guó)陸軍的巖島兵工廠，以制造陸軍地面車輛中常見的大型金屬部件。根據(jù)計(jì)劃，將創(chuàng)建和交付兩臺(tái)不同大小的機(jī)器，第一臺(tái)機(jī)器最大成型尺寸為1x1x1m，主要被用于工藝開發(fā)、打印策略和打印路徑規(guī)劃的試驗(yàn)；然后是建造第二臺(tái)全尺寸機(jī)器， 這將是目前最大的金屬增材制造系統(tǒng)。

參與該項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造和開發(fā)機(jī)器的團(tuán)隊(duì)是由系統(tǒng)集成商、工業(yè)硬件和軟件開發(fā)人員以及金屬增材制造工藝開發(fā)人員組成，主要包括Ingersoll Machine Tool英格索爾（機(jī)床制造商）、Siemens Industry西門子（設(shè)備軟件系統(tǒng)）和MELD Manufacturing（MELD工藝開發(fā)商）。

這款機(jī)器的基礎(chǔ)架構(gòu)由英格索機(jī)床提供，該公司已開發(fā)了目前市場(chǎng)上最大的復(fù)合增材制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以生產(chǎn)長(zhǎng)達(dá)7米的零件。同時(shí)，使用西門子的組件和軟件，結(jié)合多軸、基于CNC的應(yīng)用程序和過(guò)程模擬。另外，使用MELD摩擦攪拌沉積成型工藝，使用壓力和摩擦來(lái)加熱材料完成打印。

在對(duì)比了所有市場(chǎng)上的金屬3D打印技術(shù)后，該項(xiàng)目硬件上選擇使用橫動(dòng)龍門機(jī)床，把金屬打印和機(jī)加工工具直接安裝在一個(gè)軸（Z方向）上 。這樣有利于處理大型（重型）金屬部件，并能夠靈活操作，通過(guò)多種制造技術(shù)的集成，增加了加工能力。

打印大型零件需要大量材料，并且該過(guò)程的原料處理是另一個(gè)主要考慮因素。很多常見的金屬3D打印技術(shù)都使用金屬粉末作為原料。雖然定向能量沉積系統(tǒng)（DED）能夠制造更大的尺寸，但卻不能與龍門機(jī)床搭配。

而傳統(tǒng)的粉末床熔融SLM技術(shù)，需要完全清除構(gòu)建環(huán)境中的氧氣和濕氣，密閉腔室將極其昂貴，反復(fù)填充惰性氣體也不切實(shí)際。需考慮如何處理和加工金屬粉末相關(guān)的挑戰(zhàn)，并且隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大到更大尺寸，將面臨更大的挑戰(zhàn)。

在綜合考慮后，最終選擇了MELD Manufacturing開發(fā)的這種獨(dú)特的基于攪拌摩擦的增材工藝，與傳統(tǒng)金屬打印工藝明顯的不同，MELD工藝并不會(huì)熔化材料，而是利用摩擦和壓力來(lái)取代傳統(tǒng)的熔化過(guò)程。

在制造大型零件時(shí)，由于材料的重復(fù)熔化和固化而導(dǎo)致的殘余應(yīng)力問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致打印的零件有很大的尺寸誤差。而且隨著零件尺寸的增加，殘余應(yīng)力問(wèn)題也會(huì)更加突出。MELD工藝是一個(gè)固態(tài)過(guò)程，只需加熱材料使其變形足以成型即可，這樣能夠最大限度地減少極端的熱梯度和過(guò)度的殘余應(yīng)力。

其具體的工作原理是：利用攪拌針與連接件的攪拌摩擦產(chǎn)生熱量軟化連接處的材料，再通過(guò)軸向的壓力使得材料連接在一起。在該過(guò)程中，材料并未經(jīng)歷熔化與凝固而一直保持固態(tài)，且過(guò)程中的擠壓又起到“鍛造”作用，最終得到的是性能良好的細(xì)晶組織。

MELD的固態(tài)工藝能夠沉積材料，同時(shí)將溫度保持在材料熔化溫度的60-90%，這也使得它不需要專門的腔室。 此外，固態(tài)工藝避免了由應(yīng)力積累導(dǎo)致的材料開裂，并且可以減少（或防止）最終零件空隙（即孔隙率）的形成。

另外，由于MELD制造的部件是完全密集打印的，因此它們不需要二次加工來(lái)去除任何體積缺陷，例如空隙或孔隙率。此外，據(jù)報(bào)道，MELD工藝可產(chǎn)生精細(xì)的等軸晶粒結(jié)構(gòu)，從而在“打印”狀態(tài)下產(chǎn)生更好的材料性能，這與基于粉末融化的3D打印技術(shù)或鑄造方式相比，其具有較大的定向凝固晶粒，使得最終零件的性能更好。

據(jù)美國(guó)陸軍表示，“無(wú)縫船體”項(xiàng)目的目標(biāo)是生產(chǎn)一個(gè)靈活的制造系統(tǒng)，擴(kuò)展制造能力以滿足更多需求，包括用于車輛規(guī)模零件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。