约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)与吉凯恩航天(GKN Aerospace)近日共同研发出一款运动仿真平台，旨在模拟舰船在海上航行时的动态环境。

该平台的核心目标是支持美国海军舰艇上的增材制造任务。该项目由海军海上系统司令部(NAVSEA)技术办公室(NAVSEA 05T)资助，以支持海军的舰载增材制造计划。团队试图解决的核心挑战在于：海浪和航行操纵造成的持续船体晃动，如何影响海上3D打印零件的质量和结构完整性。

创新同步技术应对动态环境

研究团队认为，将工业级打印机直接安装在运动平台上由于设备尺寸和脆弱性而不具可行性。因此，他们开发了一种同步打印头与基板之间运动的新方案，以此来模拟海洋环境。评估系统之一是哈斯(Haas)TM 1 CNC铣床，并配备了重达2540公斤的梅尔提欧(Meltio)激光金属丝打印头。

“海上增材制造从根本上改变了海军维护和支持舰队的方式，”约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)海上远征物流项目经理James Borghardt表示，“凭借与行业合作的深厚背景，APL正通过将商业制造专业知识与应用研究相结合，加速交付任务就绪的能力。”

模拟海况下的严格测试

为了评估系统性能，团队进行了受控测试，在金属试样上打印三线跟踪图案，并在代表平静和恶劣海况的运动曲线下打印出6英寸的测试块。

吉凯恩航天(GKN Aerospace)工程与技术主管David Bond解释道：“我们通过将对增材材料行为的理解与制造过程控制的实践经验相结合来应对这一挑战。这种集成是开发出能在预期的舰载运动条件下打印高质量代表性样品的关键。”

约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)项目经理兼金属材料研究员Bianca Sciandra描述了所获数据的意义：“这项工作为我们提供了从概念走向能力所需的数据。我们现在能够量化运动如何影响制造完整性，并利用这些见解优化系统控制，使我们更接近于直接在舰艇上生产关键的任务相关零件。”

基于前期舰队部署经验的演进

这项工作延伸了约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)对海军海上系统司令部(NAVSEA)舰载计划的现有贡献。2023年，APL支持在巴丹号(USS Bataan LHD 5)两栖攻击舰上安装了海军首台混合金属3D打印机，并随后协助船员在海上生产了更换零件。

约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)增材制造工程师及海军协作负责人Michael Presley表示：“巴丹号(USS Bataan)的部署证明了增材制造可以在海上运行。现在，我们正迈出下一步，从非关键零件转向阀体和结构支架等任务必需组件。这种能力增强了舰队在具有挑战性的环境中实时维持战备状态和适应的能力。”