美國海軍通過冷噴涂 3D 打印降低戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)輪更換成本

2024年5月9日，南極熊獲悉，美國海軍正在通過金屬3D 打印/冷噴涂技術(shù)大幅降低 F/A-18 輪胎更換成本。傳統(tǒng)的機(jī)輪維修成本約為 100,000 美元，得益于 3D 打印技術(shù)，他們將每次維修的成本降至僅 300 美元。這一巨大的成本節(jié)約是重新思考維持戰(zhàn)略和減少整個(gè)機(jī)隊(duì)開支的更廣泛努力的一部分。

傳統(tǒng)上，更換 F/A-18 輪胎是一項(xiàng)昂貴的工作，每次組裝的成本接近六位數(shù)。然而，通過將冷噴涂技術(shù)與 3D 打印結(jié)合使用，海軍已經(jīng)找到了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。海軍航空系統(tǒng)司令部增材制造團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目經(jīng)理 Theodore Gronda 透露，大約 80% 的受損輪胎輪輞可以使用這種方法修復(fù)。

△海軍維護(hù)小組的增材制造噴涂技術(shù)員利用 VRC Raptor 冷噴涂機(jī)進(jìn)行維修

冷噴涂技術(shù)涉及將增材顆粒加熱到其熔點(diǎn)的 80% 以下，通過高速氣流將金屬顆粒高速沉積到表面上顆粒合并成固態(tài)涂層，形成高強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)良好的粘合層，有效地重建磨損或損壞的零件。一旦應(yīng)用，新材料就會被修改以匹配被修復(fù)零件的原始形狀或公差。這樣，固態(tài)冷噴涂既是增材工藝又是減材工藝。

這一過程不僅恢復(fù)了部件的結(jié)構(gòu)完整性，而且還顯著降低了維護(hù)成本。每次維修只需兩個(gè)小時(shí)，每個(gè)輪子的成本為300美元，與傳統(tǒng)的更換方法相比，海軍每年可以節(jié)省數(shù)百萬美元。

△車輪設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（左）以及正在通過冷噴涂 3D 打印修復(fù)的實(shí)際車輪

截至目前。海軍司令部已經(jīng)嘗試使用各種 3D 打印機(jī)來修復(fù)飛行關(guān)鍵部件。 2021 年，NAVAIR授予了一份價(jià)值高達(dá) 500 萬美元的五年期 IDIQ 合同，以提供包括 Ultimaker S5 3D 打印機(jī)在內(nèi)的完全可部署的 3D 打印系統(tǒng)。

這項(xiàng)投資似乎將在不同平臺和設(shè)備類型（包括超級大黃蜂輪胎/車輪組件）上獲得回報(bào)。在回復(fù)The War Zone問題的電子郵件中，Gronda 重申增材制造團(tuán)隊(duì)的“初步評估是，每年送往[報(bào)廢/回收]的 166 個(gè)輪輞/輪胎中，超過 80% 可以通過這種冷噴涂技術(shù)進(jìn)行修復(fù)?！?/div>

他補(bǔ)充說，每次冷噴涂修復(fù)需要兩個(gè)小時(shí)，每個(gè)車輪的成本為 300 美元。算下來，每年修理輪圈和重新安裝輪胎的總成本約為 40,000 美元。與按照慣例簡單更換組件所需的 1660 萬美元費(fèi)用相比，增材制造維修似乎是理所當(dāng)然的事情。它有可能在戰(zhàn)場和/或前沿作戰(zhàn)地點(diǎn)（如航空母艦）中使用，從而增加了進(jìn)一步的價(jià)值。

雖然這些進(jìn)步帶來了巨大的好處，但后勤方面的挑戰(zhàn)仍然存在。出于環(huán)境考慮，冷噴涂修復(fù)目前需要岸基設(shè)施。然而，海軍對增材制造的承諾通過海軍航空增材制造校舍等舉措顯而易見，該校旨在培訓(xùn)先進(jìn)制造技術(shù)的人員。

通過采用增材制造和冷噴涂技術(shù)，海軍不僅降低了輪胎維護(hù)成本，而且重新定義了其維護(hù)方法。這種向以維修為中心的戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變有望顯著節(jié)省成本，同時(shí)提高車隊(duì)的準(zhǔn)備情況和運(yùn)營效率。