桑迪亚CAMINO用3D打印缩短国防硬件周期，同时布局增材制造人才培养

桑迪亚国家实验室近日分享了其先进制造与创新中心的早期成果。

这座设施今年早些时候启用，目的是帮助实验室更快完成国家安全任务。

据中心经理莫汉·卡鲁卡尔介绍，该中心利用增材制造，在一周内把零件交付给内部团队。

同样的零件如果走机加工，需要四到六个月。

一周和四到六个月，差的只是时间吗？

这些成果指向桑迪亚的一个更广泛目标，缩短战备储备部件的设计周期，并在国家安全项目中增加增材制造及其他先进制造方法的使用。

卡鲁卡尔表示，这些技术在这些项目中仍未得到广泛部署。

电源部件的变化最直观。

先进制造与创新中心一直在为桑迪亚电源技术组生产一个零件的多个版本，该团队正在重新设计其中一个组件。

卡鲁卡尔解释说，这些零件价格昂贵，且难以通过传统机加工获得。

他说，快速周转创造了真正去试验设计、尝试新想法的机会，而以前这个过程太慢，无法实现有意义的创新。

更重要的是，一些新想法只有通过增材制造才能实现，因此带来了双重收益。

电源部门经理莎拉·达德利表示，她的团队在该设施参加了一场为期三天、动手实践的设计冲刺，聚焦于一个具体的工程问题。

她补充说，团队开发了一种3D打印热塑性聚氨酯替代件，作为难以机加工的绝缘材料的机械替代物。

原始材料成本高昂且交付周期长，而先进制造与创新中心可以在12小时内用低成本材料生产出新的替代件迭代版本，而不是需要12周。

达德利说，这使她的团队能够以非常快速、低成本和低危害的方式，围绕机械性能进行快速的设计与测试迭代，从而加速战备储备部件的设计周期。

比零件交付更长期的，是人怎么学会用这些设备。

卡鲁卡尔强调，先进制造与创新中心不是生产设施。

他将其作用描述为，通过让工程师直接使用设备、将他们与能够完善其设计的专家联系起来，并教他们如何针对这些工艺进行设计以使零件满足要求，从而建立对先进制造的熟悉度和信心。

桑迪亚还在与得克萨斯大学奥斯汀分校合作，以扩展其在这一领域的教学。

先进制造与创新中心和桑迪亚的学术项目目前接待一组员工，他们从该设施远程参加先进制造课程。

通过与学术项目合作，卡鲁卡尔已与得克萨斯大学奥斯汀分校敲定计划，将于明年推出一门面向国家安全的先进制造新课程。

卡鲁卡尔说，这门课程旨在突出国家安全领域相对于汽车或航空航天等领域的独特之处，这些独特之处使得先进技术的使用变得困难。

这是学生进入这一领域时会遇到的难题。

先进制造与创新中心将能够接待得克萨斯大学奥斯汀分校的学生和教职员工来访，而桑迪亚的参与者可以使用该中心的设备开展与虚拟课程相关的实验活动。

在阿尔伯克基，卡鲁卡尔认为劳动力发展是当地合作的主要机会。

这包括培训人员操作这些系统并针对这些系统进行设计，以及鼓励初中和高中学生考虑从事工程职业。

再往国防硬件的开发流程里看，时间账更明显。

先进制造与创新中心于2月12日由美国国家核安全管理局、桑迪亚和堪萨斯城国家安全园区启用。

桑迪亚担任美国核威慑中许多非核组件的设计机构，而堪萨斯城国家安全园区担任生产机构。

在先进制造与创新中心，增材制造用于为那些可能需要数月才能机加工完成的零件提供开发硬件和测试替代件。

2015年，堪萨斯城国家安全园区首席技术官戴维·麦克明德斯表示，该园区正在使用3D打印来制作夹具原型，并表征用于非核组件的合金。

他说，该园区为其工程师购买了30台MakerBot品牌桌面打印机，并节省了1000万美元的开发成本，因为整个原型可以打印出来，无需金属零件或装配。

这种方法在两个方面与先进制造与创新中心相似，它把打印机直接交到工程师手中，并在开发过程中使用打印硬件替代昂贵的传统零件。

区别在于目标，麦克明德斯把这种能力引入生产描述为下一步，而卡鲁卡尔表示先进制造与创新中心的目标之一是更快迭代。

在核安全体系之外，位于俄亥俄州哥伦布市的美国国防后勤局的武器支持产品测试中心，用在3D打印企业Stratasys的Fortus 450mc设备上打印的热塑性夹具取代了机加工测试夹具，并配备了一台新的3D激光扫描仪。

过去需要数周到数月才能生产出来的夹具，现在可以在约一小时内设计完成，并在最快六小时内打印出来。

与先进制造与创新中心一样，该实验室通过改用打印聚合物硬件，缩短了测试工作中的机加工交付周期。

目的不同，美国国防后勤局打印夹具是为了在30天窗口内完成对供应零件的质量保证测试，而先进制造与创新中心打印零件和替代件是为了对组件设计进行迭代。

在堪萨斯城国家安全园区、美国国防后勤局和先进制造与创新中心，打印硬件在开发或测试期间取代了传统制造的零件。