美國海軍在波士頓海軍造船廠達成了一項重要里程碑,這是海軍多年來不斷努力的結果:首次在運作中的核潛艇上安裝經過焊接認證的 3D 打印金屬組件。這個組件是為潛艇的管道系統設計的銅鎳法蘭,於 3 月 18 日在緬因州的基特里造船廠安裝在 USS Washington (SSN-787) 這艘維吉尼亞級快速攻擊潛艇上。在此之前的 3 月 9 日,該組件已完成檢查和測試,從最終認證到安裝僅相隔九天。海軍表示,這一短期時間表顯示增材製造可以成為潛艇艦隊的一個快速有效的維護工具。
法蘭是一種連接接口,將管道與潛艇內部的設備相連。由於其對海水腐蝕和生物附著的卓越抵抗力,銅鎳材料被用於潛艇的管道中。對於核潛艇來說,認證這種 3D 打印版本的零件是相當複雜的,因為該零件必須符合與傳統製造零件相同的嚴格安全和性能標準,且與管道的焊接接頭必須能夠承受壓力變化和長時間暴露在海水中的考驗。
這次安裝的獨特性不僅在於使用了 3D 打印的金屬部件,之前的里程碑還包括在俄亥俄級彈道導彈潛艇上安裝的通風擴散器,以及在潛艇供應艦上打印的、不鏽鋼手輪,並在 AUKUS 框架下安裝在 USS Vermont。這是首次在公共海軍造船廠焊接並認證用於服役潛艇的 3D 打印金屬組件,從而建立了一個可以在海軍維護系統中複製和擴展的資格基準。
為了實現認證,波士頓海軍造船廠的工程師對增材製造的銅鎳材料進行了全面的焊接資格測試。這一過程與傳統的鍛造或鑄造金屬焊接有顯著不同,因為 3D 打印金屬具有不同的微觀結構,對熱的反應也不同。團隊驗證了焊接接頭能夠承受潛艇在深海中遇到的操作條件。
這一發展的迫切性顯示了當前工業危機的嚴重性。自 1980 年代以來,潛艇工業基礎縮減了超過 70%,從大約 17,000 家供應商下降到約 5,000 家,儘管生產需求大幅上升。海軍目前每年建造兩艘維吉尼亞級潛艇和一艘哥倫比亞級彈道導彈潛艇,這對供應鏈造成了壓力。一些維吉尼亞級潛艇的建造進度已經延遲了一年或更長。傳統的法蘭等零件的供應渠道可能需要數月或數年的時間,但 3D 打印零件可以在幾天內製作和獲批准。海軍已投資 23 億美元以增強潛艇工業基礎,並將增材製造列為五個重點領域之一。
USS Washington 於 2017 年 10 月 7 日服役,屬於 Block IV 維吉尼亞級潛艇。它能夠執行反潛作戰、反艦作戰、情報收集、監視和精確打擊等任務。維吉尼亞級潛艇是通過 HII 的紐波特紐斯造船公司和通用動力電船公司之間的合作建造的。波士頓完成的資格過程現在為認證潛艇艦隊中其他增材製造組件建立了先例,並提供了一個可複製的模板,以擴大未來可以焊接到運行潛艇中的 3D 打印零件的範圍。




