加拿大海軍利用3D打印部件重塑維修供應(yīng)鏈，延長(zhǎng)潛艇服役壽命

2025年5月26日，南極熊獲悉，達(dá)爾豪斯大學(xué)與加拿大國(guó)防研究與發(fā)展局 (DRDC) 合作，共同應(yīng)對(duì)加拿大老化潛艇艦隊(duì)的關(guān)鍵零部件供應(yīng)挑戰(zhàn)。此次合作的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)海軍部件的增材制造工藝，以應(yīng)對(duì)加拿大正在準(zhǔn)備更換維多利亞級(jí)潛艇的計(jì)劃，這些潛艇計(jì)劃于 2030 年代中期退役。在新潛艇預(yù)計(jì)于 2035 年左右抵達(dá)之前，維護(hù)現(xiàn)有艦隊(duì)對(duì)于軍事戰(zhàn)備至關(guān)重要。

△圖片來(lái)源：達(dá)爾豪斯大學(xué)

項(xiàng)目解決了一個(gè)重大的后勤難題：在原制造商可能已不復(fù)存在的情況下，為數(shù)十年歷史的潛艇采購(gòu)替換零件。哈利法克斯大西洋研究中心國(guó)防研究與發(fā)展中心的國(guó)防科學(xué)家卡梅倫·芒羅解釋了當(dāng)前的情況：“如果你需要更換一艘35年前建造的潛艇上的一個(gè)零件，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)制造商已經(jīng)不復(fù)存在了。傳統(tǒng)的定制部件采購(gòu)方法可能需要數(shù)年時(shí)間，從而造成延誤，影響作戰(zhàn)準(zhǔn)備。”

△HMCSWindsor 在哈利法克斯進(jìn)行例行維護(hù)。（圖片來(lái)源：國(guó)防部）

當(dāng)傳統(tǒng)供應(yīng)鏈不足時(shí)，就需要?jiǎng)?chuàng)新介入。來(lái)自達(dá)爾豪斯大學(xué)的材料工程師保羅·畢曉普（Bishop）博士接受了這一挑戰(zhàn)，他采用先進(jìn)的材料科學(xué)和3D打印技術(shù)來(lái)滿足海軍的需求。3D打印是一種高度專業(yè)化的技術(shù)，可以直接利用金屬粉末打印出最復(fù)雜的設(shè)計(jì)。鑒于強(qiáng)大的功能，它越來(lái)越多地被尖端制造商用來(lái)制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件、外科植入物、航天器部件以及許多其他對(duì)細(xì)節(jié)要求極高的部件。

△激光定向能量沉積制造矩形棒，用于測(cè)量印刷海軍合金的機(jī)械性能。

畢曉普博士表示：“達(dá)爾豪斯大學(xué)為這項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)并投入運(yùn)營(yíng)了一套極其全面的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅在全球范圍內(nèi)具有競(jìng)爭(zhēng)力，而且在全國(guó)范圍內(nèi)獨(dú)一無(wú)二?！?/div>

△Bishop 博士在他的增材制造實(shí)驗(yàn)室里。（圖片由 Cody Turner 提供）

此外，達(dá)爾豪斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)創(chuàng)性地研究國(guó)防標(biāo)準(zhǔn)海防用合金，這些合金此前從未在增材制造應(yīng)用中進(jìn)行過(guò)研究。

△將金屬粉末輸送到定向能量沉積系統(tǒng)中的激光焦點(diǎn)的系統(tǒng)。

此次合作將達(dá)爾豪斯大學(xué)定位為國(guó)防研究與發(fā)展中心 (DRDC) 與加拿大制造商之間的橋梁，并得到加拿大創(chuàng)新基金會(huì) NSERC 和行業(yè)合作伙伴聯(lián)盟的支持，以制造必要的零件。通過(guò)開(kāi)發(fā)材料和加工參數(shù)的基本“配方”，達(dá)爾豪斯大學(xué)制定了企業(yè)無(wú)需大量研發(fā)投入即可實(shí)施的規(guī)范。這種方式使加拿大皇家海軍能夠保持對(duì)研究的自主權(quán)，避免對(duì)關(guān)鍵部件的單一供應(yīng)商的依賴。

△達(dá)爾豪斯大學(xué)通過(guò)增材制造實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜設(shè)計(jì)示例——3D 打印的具有內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的空心管。

蒙羅表示，合作項(xiàng)目遠(yuǎn)不止?jié)M足眼前需求：“這個(gè)項(xiàng)目并非僅僅生產(chǎn)一兩個(gè)零部件，而是要在加拿大建立長(zhǎng)期的工業(yè)產(chǎn)能。它旨在實(shí)現(xiàn)零部件的按需生產(chǎn)，而非維持大量庫(kù)存，從而在確保供應(yīng)的同時(shí)降低成本。該研究由加拿大創(chuàng)新基金會(huì)（NSERC）及其行業(yè)合作伙伴提供支持。“

畢曉普博士強(qiáng)調(diào)了此次合作的知識(shí)轉(zhuǎn)移：“真正的目標(biāo)是為海軍及其支持行業(yè)合作伙伴提供數(shù)據(jù)，定義可大規(guī)模使用的可靠流程?！?這種方法有助于加拿大在維護(hù)海軍能力方面實(shí)現(xiàn)更大的自力更生，蒙羅指出：“我們需要增強(qiáng)在國(guó)內(nèi)支持加拿大軍事平臺(tái)的能力。”