美國陸軍從投資540萬美元開發(fā)新的3D打印聚合物制造技術

魔猴君  行業(yè)資訊   1570天前

俄亥俄州凱斯西儲大學（CWRU）的研究人員與美國陸軍研究實驗室合作制造了一種新型的輕質高性能聚合物，該聚合物可能在防護系統(tǒng)和武器（如頭盔和其他耐沖擊性）中具有潛在應用。

新的為期五年的協(xié)議為Case Western以及其他一些分包商提供了540萬美元的資金（可能高達1100萬美元），以在未來幾年內開發(fā)和生產聚合物材料。美國陸軍作戰(zhàn)能力司令部的陸軍研究實驗室（ARL）的資金將用于該大學的設備（包括電子顯微鏡），并用于在實驗室中雇用更多的研究生和博士后學者。該合作伙伴關系還包括一項分包合同。PolymerPlus是CWRU的一家衍生公司，成立于2010年，旨在滿足評估和成熟用于商業(yè)應用的新型微層和納米層技術的未滿足需求。

“我們要做的是使用我們的工藝將中低價的塑料（如牛奶罐和垃圾袋之類的東西，每磅成本約為3美元）組合在一起，以創(chuàng)建一種堅固，靈活的材料，其性能與Super之類的東西相同。凱夫拉爾每磅約100美元。” PolymerPlus總裁Mike Ponting說道，他也是Case Western Reserve的校友。 “陸軍已經看到了一些最初的樣本和技術，但是現(xiàn)在他們想看看我們能走多遠。”

這種新穎的制造技術是在CWRU實驗室中小規(guī)模首創(chuàng)的，它實際上將多種聚合材料轉變成可以具有數(shù)百甚至數(shù)千個獨立層的薄片，從而生產出堅固，輕巧和耐用的新材料。

用于聚合物的納米膜共擠出技術。 （圖片由Case Western Reserve University / PolymerPlus提供）

根據(jù)凱斯工程學院大分子科學與工程系主任加里·韋克（Gary Wnek）以及該項目的首席研究員所說，CWRU的團隊將試驗超薄塑料的新組合，并將它們送到PolymerPlus進行大規(guī)模加工。 Wnek透露：“這是一次很好的合作關系，因為您不希望在新材料開發(fā)之前投入過多的資源，除非您可以先進行較小規(guī)模的嘗試。我們知道人們寄予了很高的期望?！?/span>

凱斯西儲（Case Western Reserve）是美國第一個獨立的聚合物部門的所在地，并且是第一個提供ABET認可的聚合物科學理學學士學位課程的機構，該非營利性機構對應用和自然科學，計算機，工程學的大學和大學課程進行評估，以及工程技術。在該大學的高分子科學與工程系，研究人員正在推進用于新型電子產品，電池，生物假體，藥物輸送裝置和可持續(xù)包裝的新一代聚合物。從可以吸收溢油的氣凝膠到可以承受極端溫度的膠粘劑，甚至使用納米顆粒保護農作物，大學生和研究生都通過開發(fā)新材料和新材料系統(tǒng)來推動科學技術的發(fā)展。

圖片由Case Western Reserve University提供

PolymerPlus是該項目的主要行業(yè)合作伙伴，該公司最近被德克薩斯州的Peak Nanosystems以數(shù)百萬美元的價格收購。該公司將使用多層共擠出技術，該技術是一種聚合物加工技術，能夠生產多達數(shù)千層的高強度纖維薄膜（層厚度在微米和納米級），可作為層壓材料包括在頭盔和防彈衣等抗沖擊軍事應用中夾克，旨在提供防護，防止高爆武器。

該團隊將與位于馬里蘭州阿伯丁試驗場的ARL員工合作，為高性能復合材料設計材料和先進的制造方法。 ARL聚合物分公司負責人約瑟夫·倫哈特（Joseph Lenhart）解釋說，CWRU和PolymerPlus可以連續(xù)地將復雜的材料組合制造成獨特的結構，即使使用復雜的實驗室技術也很難生成這種結構。他進一步描述說，他看到了改進防護系統(tǒng)和武器性能的巨大機會，而從長遠來看，這些應用今天是無法想象的。ARL中部地區(qū)總監(jiān)Mark Tschopp說：“對于陸軍與全國學術界和行業(yè)進行互動，以將新型概念迅速應用于先進材料和制造中，這至關重要。這項工作的最大好處是，中西部地區(qū)派駐了ARL員工科學家，以改善與我們合作伙伴的合作和溝通，幫助使各方的主題專業(yè)知識和獨特設施來承擔這一關鍵應用。我們將一道，有條不紊地解決具有挑戰(zhàn)性的問題，以期對陸軍產生影響?！?/span>

圖表說明了聚合物的生產過程以及最終材料的各種用途。 （圖片由Polymer Plus提供）

這項創(chuàng)新的新項目甚至得到了國會的支持，因為眾議院國防小組委員會的兩名成員，俄亥俄州國會議員馬西·卡普圖爾和蒂姆·瑞安表示，凱斯·西儲的科學家的獨創(chuàng)性是后代了解科學的典范。可以改善美國的武器和裝甲系統(tǒng)，以確保服務人員的安全?？ㄆ仗貭柹踔翉娬{說，俄亥俄州具有“傳奇式的制造業(yè)傳統(tǒng)”，尤其是在支持該國國防的產品研發(fā)方面。

點評：聚合物是合成材料的基礎，包括塑料，纖維，橡膠，薄膜，油漆，膜和粘合劑，并且是增材制造中使用最廣泛的材料之一。在國防領域，設計更輕，更堅固，更快的材料可以帶來新的防護系統(tǒng)，設備甚至武器。例如，陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊人員使用的主要個人防護設備平均約為27磅，并增加了其他統(tǒng)一物品和已佩帶或攜帶的設備的重量。這是尋找減輕戰(zhàn)斗中所穿物品重量的足夠理由。開發(fā)能夠減輕軍事人員負擔并保護軍事人員的專業(yè)材料正迅速成為人們追求的發(fā)展方向。

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