美国陆军从投资540万美元开发新的3D打印聚合物制造技术
美国陆军从投资540万美元开发新的3D打印聚合物制造技术
俄亥俄州凯斯西储大学（CWRU）的研究人员与美国陆军研究实验室合作制造了一种新型的轻质高性能聚合物，该聚合物可能在防护系统和武器（如头盔和其他耐冲击性）中具有潜在应用。
新的为期五年的协议为Case Western以及其他一些分包商提供了540万美元的资金（可能高达1100万美元），以在未来几年内开发和生产聚合物材料。美国陆军作战能力司令部的陆军研究实验室（ARL）的资金将用于该大学的设备（包括电子显微镜），并用于在实验室中雇用更多的研究生和博士后学者。该合作伙伴关系还包括一项分包合同。PolymerPlus是CWRU的一家衍生公司，成立于2010年，旨在满足评估和成熟用于商业应用的新型微层和纳米层技术的未满足需求。
“我们要做的是使用我们的工艺将中低价的塑料（如牛奶罐和垃圾袋之类的东西，每磅成本约为3美元）组合在一起，以创建一种坚固，灵活的材料，其性能与Super之类的东西相同。凯夫拉尔每磅约100美元。” PolymerPlus总裁Mike Ponting说道，他也是Case Western Reserve的校友。 “陆军已经看到了一些最初的样本和技术，但是现在他们想看看我们能走多远。”
这种新颖的制造技术是在CWRU实验室中小规模首创的，它实际上将多种聚合材料转变成可以具有数百甚至数千个独立层的薄片，从而生产出坚固，轻巧和耐用的新材料。
用于聚合物的纳米膜共挤出技术。 （图片由Case Western Reserve University / PolymerPlus提供）
根据凯斯工程学院大分子科学与工程系主任加里·韦克（Gary Wnek）以及该项目的首席研究员所说，CWRU的团队将试验超薄塑料的新组合，并将它们送到PolymerPlus进行大规模加工。Wnek透露：“这是一次很好的合作关系，因为您不希望在新材料开发之前投入过多的资源，除非您可以先进行较小规模的尝试。我们知道人们寄予了很高的期望。”
凯斯西储（Case Western Reserve）是美国第一个独立的聚合物部门的所在地，并且是第一个提供ABET认可的聚合物科学理学学士学位课程的机构，该非营利性机构对应用和自然科学，计算机，工程学的大学和大学课程进行评估，以及工程技术。在该大学的高分子科学与工程系，研究人员正在推进用于新型电子产品，电池，生物假体，药物输送装置和可持续包装的新一代聚合物。从可以吸收溢油的气凝胶到可以承受极端温度的胶粘剂，甚至使用纳米颗粒保护农作物，大学生和研究生都通过开发新材料和新材料系统来推动科学技术的发展。
图片由Case Western Reserve University提供
PolymerPlus是该项目的主要行业合作伙伴，该公司最近被德克萨斯州的Peak Nanosystems以数百万美元的价格收购。该公司将使用多层共挤出技术，该技术是一种聚合物加工技术，能够生产多达数千层的高强度纤维薄膜（层厚度在微米和纳米级），可作为层压材料包括在头盔和防弹衣等抗冲击军事应用中夹克，旨在提供防护，防止高爆武器。
该团队将与位于马里兰州阿伯丁试验场的ARL员工合作，为高性能复合材料设计材料和先进的制造方法。 ARL聚合物分公司负责人约瑟夫·伦哈特（Joseph Lenhart）解释说，CWRU和PolymerPlus可以连续地将复杂的材料组合制造成独特的结构，即使使用复杂的实验室技术也很难生成这种结构。他进一步描述说，他看到了改进防护系统和武器性能的巨大机会，而从长远来看，这些应用今天是无法想象的。ARL中部地区总监Mark Tschopp说：“对于陆军与全国学术界和行业进行互动，以将新型概念迅速应用于先进材料和制造中，这至关重要。这项工作的最大好处是，中西部地区派驻了ARL员工科学家，以改善与我们合作伙伴的合作和沟通，帮助使各方的主题专业知识和独特设施来承担这一关键应用。我们将一道，有条不紊地解决具有挑战性的问题，以期对陆军产生影响。”
图表说明了聚合物的生产过程以及最终材料的各种用途。 （图片由Polymer Plus提供）
这项创新的新项目甚至得到了国会的支持，因为众议院国防小组委员会的两名成员，俄亥俄州国会议员马西·卡普图尔和蒂姆·瑞安表示，凯斯·西储的科学家的独创性是后代了解科学的典范。可以改善美国的武器和装甲系统，以确保服务人员的安全。卡普特尔甚至强调说，俄亥俄州具有“传奇式的制造业传统”，尤其是在支持该国国防的产品研发方面。
中国3D打印网点评：聚合物是合成材料的基础，包括塑料，纤维，橡胶，薄膜，油漆，膜和粘合剂，并且是增材制造中使用最广泛的材料之一。在国防领域，设计更轻，更坚固，更快的材料可以带来新的防护系统，设备甚至武器。例如，陆军和海军陆战队人员使用的主要个人防护设备平均约为27磅，并增加了其他统一物品和已佩带或携带的设备的重量。这是寻找减轻战斗中所穿物品重量的足够理由。开发能够减轻军事人员负担并保护军事人员的专业材料正迅速成为人们追求的发展方向。
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