運動補償技術突破，實現船舶移動中的可重復金屬3D打印

多年來，增材制造一直被視為增強海軍后勤保障能力的一個基石，因為備件不一定需要通過漫長的供應鏈運送上艦。這正是位于馬里蘭州勞雷爾的約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）與GKN Aerospace合作的核心內容：他們受海軍海上系統司令部技術辦公室委托，正在開發一種能夠真實模擬船舶運動對金屬3D打印影響的技術，從而實現在移動平臺上的可重復生產。

APL海上遠征后勤項目主管James Borghardt表示：“海上增材制造可以從根本上改變海軍維護和保養其艦隊的方式。APL擁有與工業界合作的成熟歷史和持續的伙伴關系承諾，通過將商業制造專長與我們旨在提供可執行任務能力的應用研究相結合，APL有能力加速這一未來的到來。

該團隊沒有選擇將工業打印機整體安裝在移動平臺上，而是依靠過程控制。該解決方案同步打印頭和基板之間的運動，以模擬船舶的運動學效應，同時避免對整個機器結構施加機械應力。GKN的平臺配備的控制算法能夠在打印過程中協調兩個軸系統。

GKN Aerospace工程與技術主管David Bond表示：“通過將我們對增材材料行為的理解與制造過程控制的實踐經驗相結合，來應對這一挑戰。這種整合是開發出能在模擬海洋環境的運動條件下打印出具有代表性質量樣品的解決方案的關鍵。”

為了進行驗證，研究團隊在模擬平靜海域和惡劣海況的運動條件下，打印了帶有三重線軌跡模式的金屬試片和六英寸長的測試塊。APL項目經理兼金屬材料研究員Bianca Sciandra說：“這項工作為我們提供了從概念走向實際任務能力所需的數據。我們現在能夠量化運動如何影響結構完整性，并利用這些見解來完善系統控制，這讓我們離直接在艦船上生產關鍵的、與任務相關的部件更近了一步。”

該項目的背景是海軍海上系統司令部的艦載增材制造計劃。APL曾在2023年支持在“巴丹號”兩棲攻擊艦上安裝了一臺混合金屬3D打印機，并伴隨其在海上生產了一個備件。

APL增材制造工程師、與海軍合作負責人Michael Presley表示：“‘巴丹號’的部署證明了增材制造可以在海上工作。現在我們正在邁出下一步，從非關鍵部件轉向任務關鍵部件，如閥門外殼和結構支架。即使在充滿挑戰的環境中，這種能力也能提高艦隊的戰備狀態和實時適應性。”

關鍵因素在于，運動補償技術能否將工藝窗口穩定在足夠范圍內，以確保即使在惡劣海況下，部件也能以可重復和可測試的方式制造。