加拿大海軍利用3D打印部件重塑維修供應(yīng)鏈，延長潛艇服役壽命

2025年5月26日，南極熊獲悉，達爾豪斯大學與加拿大國防研究與發(fā)展局 (DRDC) 合作，共同應(yīng)對加拿大老化潛艇艦隊的關(guān)鍵零部件供應(yīng)挑戰(zhàn)。此次合作的重點是開發(fā)海軍部件的增材制造工藝，以應(yīng)對加拿大正在準備更換維多利亞級潛艇的計劃，這些潛艇計劃于 2030 年代中期退役。在新潛艇預(yù)計于 2035 年左右抵達之前，維護現(xiàn)有艦隊對于軍事戰(zhàn)備至關(guān)重要。

△圖片來源：達爾豪斯大學

項目解決了一個重大的后勤難題：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替換零件。哈利法克斯大西洋研究中心國防研究與發(fā)展中心的國防科學家卡梅倫·芒羅解釋了當前的情況：“如果你需要更換一艘35年前建造的潛艇上的一個零件，你可能會發(fā)現(xiàn)制造商已經(jīng)不復(fù)存在了。傳統(tǒng)的定制部件采購方法可能需要數(shù)年時間，從而造成延誤，影響作戰(zhàn)準備。”

△HMCSWindsor 在哈利法克斯進行例行維護。（圖片來源：國防部）

當傳統(tǒng)供應(yīng)鏈不足時，就需要創(chuàng)新介入。來自達爾豪斯大學的材料工程師保羅·畢曉普（Bishop）博士接受了這一挑戰(zhàn)，他采用先進的材料科學和3D打印技術(shù)來滿足海軍的需求。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。鑒于強大的功能，它越來越多地被尖端制造商用來制造噴氣發(fā)動機部件、外科植入物、航天器部件以及許多其他對細節(jié)要求極高的部件。

△激光定向能量沉積制造矩形棒，用于測量印刷海軍合金的機械性能。

畢曉普博士表示：“達爾豪斯大學為這項技術(shù)設(shè)計并投入運營了一套極其全面的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅在全球范圍內(nèi)具有競爭力，而且在全國范圍內(nèi)獨一無二。”

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

此外，達爾豪斯大學的研究團隊正在開創(chuàng)性地研究國防標準海防用合金，這些合金此前從未在增材制造應(yīng)用中進行過研究。

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

此次合作將達爾豪斯大學定位為國防研究與發(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 NSERC 和行業(yè)合作伙伴聯(lián)盟的支持，以制造必要的零件。通過開發(fā)材料和加工參數(shù)的基本“配方”，達爾豪斯大學制定了企業(yè)無需大量研發(fā)投入即可實施的規(guī)范。這種方式使加拿大皇家海軍能夠保持對研究的自主權(quán)，避免對關(guān)鍵部件的單一供應(yīng)商的依賴。

△達爾豪斯大學通過增材制造實現(xiàn)的復(fù)雜設(shè)計示例——3D 打印的具有內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的空心管。

蒙羅表示，合作項目遠不止?jié)M足眼前需求：“這個項目并非僅僅生產(chǎn)一兩個零部件，而是要在加拿大建立長期的工業(yè)產(chǎn)能。它旨在實現(xiàn)零部件的按需生產(chǎn)，而非維持大量庫存，從而在確保供應(yīng)的同時降低成本。該研究由加拿大創(chuàng)新基金會（NSERC）及其行業(yè)合作伙伴提供支持。“

畢曉普博士強調(diào)了此次合作的知識轉(zhuǎn)移：“真正的目標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海軍能力方面實現(xiàn)更大的自力更生，蒙羅指出：“我們需要增強在國內(nèi)支持加拿大軍事平臺的能力。”