圍繞國外先進制造技術領域的最新發展趨勢和研究熱點，跟蹤和積累了大量的信息化研究成果。通過系統分析、篩選和研究，篩選出20個對國防科技發展和武器裝備研制生產有重要影響的技術動向，供制造技術領域相關人員參考。

20種趨勢

1、 復雜武器系統設計的機器學習模型計算速度提高10萬倍

2019年2月，應用動力國際有限公司宣布，由空軍研究實驗室資助，開發實時優化的機器學習模型庫，成功用于表征飛機、船舶、渦輪發動機等復雜武器系統的物理特性，包括結構力學，熱力學和空氣動力學。經過訓練的機器學習模型可以用來評價由傳統方法和工具生成的復雜系統的設計，計算速度比緊耦合有限元流體動力學模型快10萬倍。機器學習模型庫可以在配備大型NVIDIA圖形處理器的Linux服務器上運行，并且可以配置計算能力。

2、 美國海軍使用數字孿生技術驗證林肯號航空母艦

2019年10月，美國海軍信息戰系統司令部宣布為“林肯”號航空母艦建立首個名為“數字林肯”的數字孿生體。該模型采用基于該模型的系統工程方法，將開發過程由“設計-建造-測試”改為“模型分析-建造”。這種轉換響應了國防部的數字轉換策略，提高了系統的可靠性和網絡安全性。在“數字林肯”戰斗機的幫助下，美軍對計劃于2020年交付的5個信息作戰系統的性能進行了虛擬測試，并計劃將數字戰斗機技術應用于艾森豪威爾航空母艦。

3、俄羅斯航空工業穩步推進數字工廠

2019年，俄羅斯航空工業在政府計劃牽引和工業項目推動下，以數字化技術為重要抓手促進航空制造業發展。10月，俄羅斯按照“數字化技術”國家計劃的部署，針對區塊鏈、工業物聯網、量子等7項技術制定2019～2024年發展路線圖，為俄航空工業發展數字化技術提供頂層戰略指導。與此同時，大型航空企業開始研究引入各類數字化技術，推動研制生產和服務系統向數字化模式轉變。4月，俄聯合發動機制造集團旗下土星公司啟動智慧工廠計劃，全面推進研發、生產、運營等各環節數字化改造；10月，聯合飛機制造集團啟動數字化轉型計劃，利用大數據、人工智能等技術優化生產流程。

4、 用電子束控制單個原子有望開啟“原子工程”新紀元

2019年5月，麻省理工學院和其他多國研究團隊在掃描透射電子顯微鏡（stem）中使用相對論電子束，使其在磁透鏡的精確控制下，將原子擊退，并控制原子的位置和鍵合方向。它有望在微秒級上控制質子。與使用探針控制原子相比，速度提高了幾個數量級。研究人員首次用磷原子取代部分碳原子，實現了對石墨烯上不同摻雜原子的電子控制。這一發現有望最終用于制造量子計算設備或傳感器，開啟“原子工程”的新時代。

5、 Ge驗證用于添加劑制造的量子安全區塊鏈網絡

2019年5月，通用電氣為添加劑制造業開發了一個區塊鏈交易平臺。平臺采用高度加密通信的數據集成工具，通過量子通信通道和超快量子密鑰分發技術存儲數據，實現可靠的量子安全網絡。在網絡中，與設計、材料、設備、元器件和人員有關的每一個身份都可以自動驗證、認證、記錄和管理，最大限度地保證了數據的完整性和安全性。在添加劑制造中，為原料粉向成品的數字化傳輸提供安全保障，滿足國防工業的需要。

6、 用于納米級3D打印的飛秒投影雙光子光刻技術

2019年10月，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室在《科學》雜志上發表聲明，開發出一種可擴展的納米/亞微米添加劑制造技術，稱為“飛秒投影雙光子光刻”。通過對超快激光在空間和時間上同時聚焦，實現了任意復雜三維結構下基于投影的亞微米分辨率逐層并行打印。與現有的標準逐點雙光子光刻技術相比，該新技術可以在不降低分辨率的情況下提高生產速率3-4個數量級，促進雙光子光刻技術在機械光學超光學材料和微光學器件中的實際應用。柔性電子器件和其他微納結構。

7、 Orbex制造全球最大的添加劑制造集成金屬火箭發動機

2019年2月，英國orbex公司宣布，SLM解決方案激光選擇性熔化（SLM）設備用于制造一種載重量150-200公斤、飛行高度1250公里的小型火箭發動機。奧巴克斯說，這臺發動機是由世界上最大的添加劑鎳合金制成的。由于沒有焊縫和接頭，結構重量減少了30%，能夠承受極端的溫度和壓力波動。與傳統數控加工相比，縮短了90%的加工時間，節約了50%以上的成本。

8、 美軍采用超高強度鋼粉激光選擇性熔煉制造坦克發動機葉輪風扇

2019年2月，美國陸軍研究實驗室披露，美國空軍最初研制的用于星爆彈的af96合金鋼被轉化為粉末，通過選擇性激光熔煉工藝成功打印出阿布拉姆斯M1主戰坦克渦輪發動機的葉輪風扇，并已交付使用供使用。印刷用af96合金的強度比商用材料高50%左右，在地面車輛零部件的維修和更換中具有廣闊的應用前景

9、 下一代陶瓷裝甲功能梯度材料添加劑制造技術的突破

2019年12月，美國陸軍研究實驗室和加利福尼亞大學聯合開發了一種具有多材料和在線混合能力的直接寫入成形系統，并將其與Lulz BOT TAZ 6商用臺式3D打印機集成。采用高固體陶瓷顆粒懸浮油墨成功制備了層狀、梯度SiC和BCC復合材料。該設備可實現材料的精確輸送，提高基于注射器的直寫系統的啟動和停止響應，并具有獨特的在線混合能力，并可形成梯度分量，為研究功能設計對復合陶瓷裝甲彈道性能的影響提供了重要途徑。

10、 NASA大型內肋殼旋壓成形技術的工程應用

2019年9月，美國航天局宣布，“內表面大型管材整體成形工藝縱向強化”項目正式完成，技術成熟度達到工程應用水平。該項目于2011年啟動。針對“航天****系統”重型運載火箭低溫推進劑貯箱，突破了內加筋管旋壓/滾壓復合成形工藝，完成了直徑3米管的結構試驗。與傳統的多工序加工和焊接裝配工藝相比，新工藝可使成品重量減輕5%-10%，制造周期縮短60%，材料浪費減少5%，成本降低50%?？捎糜谶\載火箭、導彈殼體和飛機機身的制造。

11、 超快激光焊接陶瓷技術的重大突破

2019年8月，加州大學宣布開發一項由DARPA資助的新型陶瓷超快激光焊接技術。這種技術可以在室溫下進行。激光功率小于50瓦，焊接時間短，能耗低。它比需要在爐內加熱零件的陶瓷焊接技術更實用。通過將能量集中在目標區域，避免了陶瓷零件的溫度梯度，解決了高熔化溫度和極端溫度梯度的焊接問題。標準試驗方法用于測試陶瓷焊接件的真空度。結果表明，該器件符合軍用電子器件的包裝標準。

12、 德國研制了船用鋼鋁激光焊接新工藝

2019年5月，德國漢諾威激光中心領導的一個聯合研究小組開發了一種鋼鋁激光焊接工藝，可以快速靈活地制備不同厚度的混合接頭，從而取代昂貴且復雜的爆炸噴涂工藝，可用于船舶上層建筑的施工。采用****光譜和短相干干涉技術實現過程控制，通過可調激光束功率控制焊接深度，保證焊縫質量。激光焊接接頭的強度與爆炸噴涂相同，激光焊接鋁合金的屈服強度提高了52%

13、 Spirit開發新的復合材料成型技術制造下一代機身

2019年6月，精靈航空系統在巴黎航展上推出了下一代大容量單通道機身復合材料制造技術，以及該技術制造的機身面板樣品“先進結構技術與革命性結構”，尺寸為5.5m×3.7m，采用蒙皮桁架梁整體設計和蒸壓固化預浸料技術，有效解決了傳統機身桁梁和蒙皮的不連續性能問題，為下一代單通道飛機機身生產提供了降低成本和提速的要求。與傳統結構和制造工藝相比，新結構和新工藝可降低制造成本30%。

14、 歐盟資助的新型金屬復合連接技術研究與開發

在歐盟地平線2020計劃的支持下，夫瑯和費研究院牽頭實施了“交換”項目，開發金屬復合連接新技術，用于制造鋼纖維增強復合材料零件，用于局部功能加固，以滿足航天等領域的減重節能要求。新型復合連接技術采用激光變形和激光輔助鋪帶技術，屬于機械連接。局部精密加熱可減少變形和殘余應力，且不需要額外的后處理或粘結劑，特別適合大規模生產

15、 移動機器人有望實現大型航天零件的精密加工

2019年6月，西門子與德國弗勞恩霍夫制造技術與先進材料研究所研發出一種機器人，可以在工件周圍自由移動進行加工，解決了航空航天大型零件精密加工設備、耗時費力的加工站轉移等問題，自動導向小車作為移動加工機器人的基礎平臺，重量6噸，具有足夠的剛度，能夠穩定地進行精密加工。六軸機器人作為加工平臺，可以實現相對位移的精確驅動和精確測量。移動機器人加工的零件質量相同，同時運行兩臺機器人可以減少30%以上的生產時間。

16、 美軍大力推動冷噴涂技術的發展和應用

冷噴涂技術具有涂層厚度不受限制、與基體固相連接、加工效率高等優點，受到美軍的高度重視。2019年，美軍大力推進冷噴涂技術在裝備制造和維修領域的研究和應用，取得重要突破。為提高戰備水平，美軍圍繞戰場金屬和聚合物基復合材料部件冷噴涂等現代關鍵需求，支持了近4000萬美元的技術研發。今年8月，美國陸軍研究實驗室和地面車輛系統中心聯合研發了冷噴涂工藝，成功用于M2“布拉德利”戰車炮塔和炮塔的維修，大大降低了維修成本，提高了系統可用性。

17、 美國發明的“原子裝甲”涂層的強度是鋼的200倍

洛斯阿拉莫斯國家實驗室開發了一種叫做“原子裝甲”的超薄二維晶體涂層。涂層由石墨烯和六角氮化硼組成。涂層的厚度只是單層原子的厚度。它比鋼強200倍。它具有很低的滲透性和高的化學穩定性。它能阻擋顆粒和氣體，不會與要保護的表面發生反應。該涂料具有優異的透明性和導電性，可用于夜視鏡、集成電路、光電器件等環境敏感設備的防護，有效延長設備的使用壽命，同時不影響設備的性能。未來，“原子裝甲”將與油漆混合，這也將保護飛機和船舶部件免受腐蝕。

18、 新技術實現全球首個大規模全碳納米管CMOS芯片制備

2019年8月，在DARPA的“電子復興計劃”的支持下，麻省理工學院采用多層垂直堆疊結構和一種新的碳納米管技術來制造世界上第一個大規模全碳納米管互補金屬氧化物半導體（CMOS）微處理器芯片。麻省理工學院提出了一些創新技術，如選擇性機械剝離、金屬界面工程和靜電摻雜等，以解決芯片制造缺陷和質量一致性問題。新工藝簡單可行，與主流硅基CMOS工藝完全兼容，為實際生產全碳納米管CMOS微處理機奠定了基礎。

19、 新的激光加工技術大大提高了二維半導體材料的光學效率

2019年4月，美國海軍研究實驗室開發了一種新的激光加工技術。通過鈍化單層二硫化鉬（MoS2）材料的缺陷，使材料的光致發光強度提高200倍。新型激光加工技術利用激光輻照水分子和半導體材料的光催化反應機理，對硫空位進行鈍化處理，具有效率高、效果穩定、工藝條件簡單、精度高等特點。二維半導體材料的光學效率有了很大的提高，推動了新型光電傳感器、納米激光器、光電探測器、柔性電子器件的發展，為器件的發展開辟了新的途徑。有望促進光電器件的小型化和高效率。

二十。單片機和多傳感器MEMS器件制造技術的突破

在美國國家科學基金會的支持下，美國Yinggan公司只使用單一的互補金屬氧化物半導體（CMOS）平面工藝平臺來制備單芯片多傳感器MEMS，這大大簡化了集成傳感器的制備過程。它解決了傳統的組合式集成傳感器制造通常需要兩個工藝平臺：COMS和硅基MEMS，工藝復雜，制造成本高的問題。該裝置開發周期長，體積大，為多傳感器與信號處理器的集成開發提供了新的思路。

來源：世界先進制造技術