美國(guó)空軍開發(fā)遠(yuǎn)征混凝土3D打印機(jī)，加速前線基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)
近日美國(guó)馬里蘭州空軍國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)基地，第175土木工程中隊(duì)成功開發(fā)了一款遠(yuǎn)征型混凝土3D打印機(jī)，旨在快速構(gòu)建強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施，以支持作戰(zhàn)人員在有爭(zhēng)議環(huán)境中的持續(xù)部署與作戰(zhàn)行動(dòng)。
△美國(guó)空軍開發(fā)遠(yuǎn)征混凝土3D打印機(jī)
該項(xiàng)目由第175中隊(duì)副土木工程官員、遠(yuǎn)征3D混凝土打印機(jī)項(xiàng)目經(jīng)理Brian Vickers少校主導(dǎo)。他表示：“這一構(gòu)想源自對(duì)未來(lái)沖突中空軍土木工程部隊(duì)作用的深刻反思。隨著任務(wù)需求的演進(jìn)，我們必須重新聚焦于快速部署、建設(shè)和修復(fù)簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)與關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的能力?！?/span>
傳統(tǒng)施工方式雖然成熟可靠，但在緊急戰(zhàn)術(shù)環(huán)境中通常受限于高人力投入、工期較長(zhǎng)及后勤成本高等問題。遠(yuǎn)征3D打印系統(tǒng)通過極簡(jiǎn)的操作流程，僅需三名空軍人員即可運(yùn)作，同時(shí)采用混凝土這一全球易得建材，有效提升建造效率、降低后勤負(fù)擔(dān)。
該系統(tǒng)打印的曲面墻體不僅具備良好的抗爆與抗碎片性能，同時(shí)得益于混凝土材料出色的熱工屬性，提升了整體建筑的生存能力與能效水平。為進(jìn)一步優(yōu)化防護(hù)性能，第175中隊(duì)與馬薩諸塞州國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)及國(guó)家安全創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（NSIN）合作，推進(jìn)3D打印墻體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，并計(jì)劃通過受控爆炸測(cè)試驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的實(shí)戰(zhàn)適應(yīng)性。
本項(xiàng)目初期獲得中隊(duì)創(chuàng)新基金資助，隨后通過AFWERX Refinery計(jì)劃爭(zhēng)取到更多利益相關(guān)方的支持，進(jìn)一步加速了測(cè)試與部署進(jìn)程。雖然早期測(cè)試表明系統(tǒng)具備可行性，但也暴露出在堅(jiān)固性與可運(yùn)輸性方面的改進(jìn)需求。為此，該團(tuán)隊(duì)與行業(yè)合作伙伴X-Hab 3D聯(lián)合優(yōu)化了商用設(shè)計(jì)，對(duì)組件進(jìn)行強(qiáng)化、流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并簡(jiǎn)化控制界面，確保系統(tǒng)能夠快速投用于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。
3D打印技術(shù)在軍事建筑中的應(yīng)用
去年4月，賓夕法尼亞州立大學(xué)與X-Hab 3D團(tuán)隊(duì)一起接受培訓(xùn)后，將這臺(tái)3D打印機(jī)運(yùn)送到了位于馬丁州立大學(xué)空軍國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)基地。在一個(gè)月內(nèi)，175中隊(duì)成功完成了首次獨(dú)立的基地內(nèi)打印，不僅驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，還展示了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)具備獨(dú)立執(zhí)行打印任務(wù)的能力。
到目前為止，它們的3D打印技術(shù)已經(jīng)得到了多方驗(yàn)證，其中之一是在國(guó)家廣場(chǎng)舉行的公開演示，向國(guó)會(huì)利益相關(guān)者展示了該技術(shù)的潛力。另一次是技術(shù)軍士Joshua Frost嘗試在打印18小時(shí)后用大錘摧毀首個(gè)打印件，但未能成功。Vickers：“這些3D打印混凝土非常堅(jiān)硬，比普通混凝土更強(qiáng)，這為該技術(shù)的潛在應(yīng)用提供了有力證明?！?/span>
至于下一個(gè)建造項(xiàng)目，第175中隊(duì)計(jì)劃打印一個(gè)全尺寸結(jié)構(gòu)來(lái)容納這臺(tái)設(shè)備。Vickers解釋道：“如果成功，該結(jié)構(gòu)將有望取代SSS帳篷，成為新一代國(guó)防部標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施。因?yàn)?，我們僅用四天就完成了3D混凝土打印機(jī)的使用培訓(xùn)，這對(duì)于如此革命性的技術(shù)來(lái)說，速度極快。預(yù)計(jì)3D打印技術(shù)將從RED HORSE（快速工程兵可部署重型作戰(zhàn)維修中隊(duì)）擴(kuò)展到PRIME BEEF（主要基地工程兵應(yīng)急部隊(duì)），大大提升空軍土木工程部隊(duì)的建造和維修能力。”
展望未來(lái)，該飛行中隊(duì)將與美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)深入合作，更新增材制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以便將3D混凝土打印技術(shù)等新技術(shù)納入軍事標(biāo)準(zhǔn)，并推動(dòng)建筑和設(shè)計(jì)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展。團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃開展土壤-混凝土研究，利用原生土壤了解如何在不同環(huán)境和戰(zhàn)略軍事地點(diǎn)應(yīng)對(duì)材料采購(gòu)的挑戰(zhàn)。
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