美國(guó)陸軍從投資540萬(wàn)美元開發(fā)新的3D打印聚合物制造技術(shù)

魔猴君  行業(yè)資訊   1570天前

俄亥俄州凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（CWRU）的研究人員與美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室合作制造了一種新型的輕質(zhì)高性能聚合物，該聚合物可能在防護(hù)系統(tǒng)和武器（如頭盔和其他耐沖擊性）中具有潛在應(yīng)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(wàn)美元的資金（可能高達(dá)1100萬(wàn)美元），以在未來(lái)幾年內(nèi)開發(fā)和生產(chǎn)聚合物材料。美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力司令部的陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）的資金將用于該大學(xué)的設(shè)備（包括電子顯微鏡），并用于在實(shí)驗(yàn)室中雇用更多的研究生和博士后學(xué)者。該合作伙伴關(guān)系還包括一項(xiàng)分包合同。PolymerPlus是CWRU的一家衍生公司，成立于2010年，旨在滿足評(píng)估和成熟用于商業(yè)應(yīng)用的新型微層和納米層技術(shù)的未滿足需求。

“我們要做的是使用我們的工藝將中低價(jià)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(jiān)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(shuō)道，他也是Case Western Reserve的校友。 “陸軍已經(jīng)看到了一些最初的樣本和技術(shù)，但是現(xiàn)在他們想看看我們能走多遠(yuǎn)?！?/span>

這種新穎的制造技術(shù)是在CWRU實(shí)驗(yàn)室中小規(guī)模首創(chuàng)的，它實(shí)際上將多種聚合材料轉(zhuǎn)變成可以具有數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)獨(dú)立層的薄片，從而生產(chǎn)出堅(jiān)固，輕巧和耐用的新材料。

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

根據(jù)凱斯工程學(xué)院大分子科學(xué)與工程系主任加里·韋克（Gary Wnek）以及該項(xiàng)目的首席研究員所說(shuō)，CWRU的團(tuán)隊(duì)將試驗(yàn)超薄塑料的新組合，并將它們送到PolymerPlus進(jìn)行大規(guī)模加工。 Wnek透露：“這是一次很好的合作關(guān)系，因?yàn)槟幌Ｍ谛虏牧祥_發(fā)之前投入過(guò)多的資源，除非您可以先進(jìn)行較小規(guī)模的嘗試。我們知道人們寄予了很高的期望。”

凱斯西儲(chǔ)（Case Western Reserve）是美國(guó)第一個(gè)獨(dú)立的聚合物部門的所在地，并且是第一個(gè)提供ABET認(rèn)可的聚合物科學(xué)理學(xué)學(xué)士學(xué)位課程的機(jī)構(gòu)，該非營(yíng)利性機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)用和自然科學(xué)，計(jì)算機(jī)，工程學(xué)的大學(xué)和大學(xué)課程進(jìn)行評(píng)估，以及工程技術(shù)。在該大學(xué)的高分子科學(xué)與工程系，研究人員正在推進(jìn)用于新型電子產(chǎn)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(hù)農(nóng)作物，大學(xué)生和研究生都通過(guò)開發(fā)新材料和新材料系統(tǒng)來(lái)推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

圖片由Case Western Reserve University提供

PolymerPlus是該項(xiàng)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(wàn)美元的價(jià)格收購(gòu)。該公司將使用多層共擠出技術(shù)，該技術(shù)是一種聚合物加工技術(shù)，能夠生產(chǎn)多達(dá)數(shù)千層的高強(qiáng)度纖維薄膜（層厚度在微米和納米級(jí)），可作為層壓材料包括在頭盔和防彈衣等抗沖擊軍事應(yīng)用中夾克，旨在提供防護(hù)，防止高爆武器。

該團(tuán)隊(duì)將與位于馬里蘭州阿伯丁試驗(yàn)場(chǎng)的ARL員工合作，為高性能復(fù)合材料設(shè)計(jì)材料和先進(jìn)的制造方法。 ARL聚合物分公司負(fù)責(zé)人約瑟夫·倫哈特（Joseph Lenhart）解釋說(shuō)，CWRU和PolymerPlus可以連續(xù)地將復(fù)雜的材料組合制造成獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，即使使用復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)也很難生成這種結(jié)構(gòu)。他進(jìn)一步描述說(shuō)，他看到了改進(jìn)防護(hù)系統(tǒng)和武器性能的巨大機(jī)會(huì)，而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些應(yīng)用今天是無(wú)法想象的。ARL中部地區(qū)總監(jiān)Mark Tschopp說(shuō)：“對(duì)于陸軍與全國(guó)學(xué)術(shù)界和行業(yè)進(jìn)行互動(dòng)，以將新型概念迅速應(yīng)用于先進(jìn)材料和制造中，這至關(guān)重要。這項(xiàng)工作的最大好處是，中西部地區(qū)派駐了ARL員工科學(xué)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(shí)和獨(dú)特設(shè)施來(lái)承擔(dān)這一關(guān)鍵應(yīng)用。我們將一道，有條不紊地解決具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，以期對(duì)陸軍產(chǎn)生影響?！?/span>

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

這項(xiàng)創(chuàng)新的新項(xiàng)目甚至得到了國(guó)會(huì)的支持，因?yàn)楸娮h院國(guó)防小組委員會(huì)的兩名成員，俄亥俄州國(guó)會(huì)議員馬西·卡普?qǐng)D爾和蒂姆·瑞安表示，凱斯·西儲(chǔ)的科學(xué)家的獨(dú)創(chuàng)性是后代了解科學(xué)的典范。可以改善美國(guó)的武器和裝甲系統(tǒng)，以確保服務(wù)人員的安全?？ㄆ仗貭柹踔翉?qiáng)調(diào)說(shuō)，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(guó)國(guó)防的產(chǎn)品研發(fā)方面。

點(diǎn)評(píng)：聚合物是合成材料的基礎(chǔ)，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(guó)防領(lǐng)域，設(shè)計(jì)更輕，更堅(jiān)固，更快的材料可以帶來(lái)新的防護(hù)系統(tǒng)，設(shè)備甚至武器。例如，陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)人員使用的主要個(gè)人防護(hù)設(shè)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(shè)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(fù)擔(dān)并保護(hù)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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