L’Air Force ha sviluppato un metodo per stampare in 3D munizioni con acciaio ad alta resistenza AF-9628

AIR FORCE INSTITUTE OF TECHNOLOGY SVILUPPA ACCIAIO AD ALTA RESISTENZA PER MUNIZIONI STAMPATE IN 3D

L’US Air Force Institute of Technology (AFIT) ha sviluppato un metodo per stampare in 3D Air Force Steel AF-9628 ad alte prestazioni per applicazioni con armi.

Guidata dal capitano Erin Hager e sponsorizzata dalla direzione delle munizioni del Air Force Research Laboratory (AFRL), questa tecnica di fusione a letto di polvere (PBF) consente la produzione di acciaio con una resistenza alla trazione superiore rispetto alle leghe tradizionali AM.

I proiettili intricati stampati in 3D sono stati prodotti con questo metodo e poi testati, aprendo la strada a munizioni più leggere.

Dopo aver stampato varie parti con polvere AF-9628, Capt. Erin Hager analizza la porosità, la forza e la resistenza all’impatto risultanti. Foto via Air Force Institute of Technology.
Dopo aver stampato varie parti con polvere AF-9628, Capt. Erin Hager analizza la porosità, la forza e la resistenza all’impatto risultanti. Foto via Air Force Institute of Technology.
Acciaio Air-grade AF-9628

Sviluppata dalla Dr. Rachel Abrahams di AFRL, AF-9628 è una lega d’acciaio che offre alta resistenza e tenacità. Al suo sviluppo iniziale, AF-9628, è stato realizzato per creare bombe che distruggono il bunker con l’esatto profilo esplosivo desiderato. Rispetto all’HP-9-4-20, un acciaio utilizzato nel sistema di armi Penetratore di ordigni di massa, l’AF-9628 è unico in quanto non contiene tungsteno .

Sebbene la formula per AF-9628 sia più costosa delle qualità comuni utilizzate nelle munizioni convenzionali, costa meno di altre leghe di acciaio ad alte prestazioni, tra cui Eglin Steel e HP-9-4-20. Per queste interessanti proprietà, in particolare per l’elevata resistenza, il laboratorio di ricerca ha stabilito che AF-9628 è un materiale ottimale per la produzione additiva.

La stampa 3D viene sempre più integrata nelle operazioni delle forze militari. In precedenza, l’Air Force aveva utilizzato la tecnologia per stampare parti di ricambio a basso costo per velivoli legacy. Nell’esercito americano, la stampa 3D è stata impiegata per produrre strumenti e pezzi di ricambio su richiesta . L’ US Army Research Laboratory (ARL) ha diversi programmi per il progresso della tecnologia, incluso l’uso della polvere AF96 in lega d’acciaio Air Force per stampare in 3D pezzi di ricambio ad alta resistenza per veicoli terrestri.

La fusione delle leghe nel letto di polvere è sempre stata una sfida. Questo è il risultato di alcune leghe che non si sciolgono e sono soggette a crepe quando si formano in una parte. Nel determinare se AF-9628 fosse stampabile, Hager si concentrò innanzitutto sulla caratterizzazione della forma e delle dimensioni della polvere, quindi indagò e identificò come cambiò con lo scioglimento e la setacciatura.

Gli esami sono stati condotti al microscopio elettronico a scansione presso l’AFIT. Successivamente, l’ University of Dayton Research Institute ha eseguito test delle prestazioni utilizzando un microscopio ottico caratterizzante le dimensioni. Una volta che Hager ha stabilito che la polvere di metallo si scioglieva prevedibilmente nella macchina, sono stati creati articoli di prova reali. Dopo aver stampato in 3D varie parti, Hager ha analizzato la porosità, la forza e la resistenza all’impatto risultanti.

Con sorpresa di Hager, le sue parti in lega stampate in 3D mostrano buone prestazioni meccaniche senza prove di incrinature. L’allungamento del 10% richiesto è stato raggiunto, indicando una maggiore forza senza diventare fragile. L’uscita è in effetti molto simile alle parti AF-9628 forgiate e trattate termicamente convenzionalmente.

Il cap. Erin Hager versa la forma in polvere di acciaio AF-9628 in una macchina per fusione a letto di polvere. Foto via Air Force Institute of Technology.
Fabbricazione additiva di munizioni

Dopo aver stampato con successo 3D parti semplici, sono stati tentati progetti più complessi come diversi proiettili intricati. Utilizzando due macchine presso AFIT, Hager 3D ha stampato circa 130 articoli, tra cui 30 piccoli cilindri, 60 cilindri più grandi, 20 barre di trazione e 20 campioni di impatto.

Le parti prodotte da Hager sono adatte per applicazioni con armi. Sebbene la rugosità e la porosità testate non fossero ideali nelle parti funzionali, le proprietà sono state notate adatte ai componenti per munizioni che sono oggetti monouso. I risultati hanno anche mostrato che le parti prodotte in modo additivo con AF-9628 sono circa il 20% più resistenti delle leghe AM convenzionali in termini di resistenza alla trazione.

La produzione additiva consente agli ingegneri di armi di appesantire le munizioni solo dove è necessario. Secondo Hager, questo alla fine “consente munizioni più leggere che arrivano allo stesso livello di profondità, quindi gli aerei possono trasportare più di queste armi”. Attualmente, la polvere AF-9628 è disponibile solo in quantità di produzione molto ridotte.

Ulteriori sforzi di ricerca che coinvolgono munizioni stampate in 3D sono ora condotti dalla Direzione Munizioni AFRL. Attualmente, la direzione mira a creare munizioni con frammentazione controllata con precisione e profili di pressione di scoppio che riducano al minimo i danni collaterali.

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