電子束3D打印鎢合金穿甲彈，坦克裝甲車(chē)也頂不住

南極熊導(dǎo)讀：隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)防制造領(lǐng)域的潛力正不斷被挖掘。目前已有軍工行業(yè)開(kāi)始關(guān)注3D打印技術(shù)是否能為鎢合金穿甲彈帶來(lái)革命性的變革。從技術(shù)角度看，3D打印不僅能優(yōu)化彈芯結(jié)構(gòu)、提升穿甲性能，還能降低重量、增強(qiáng)定制化能力。然而，工藝成熟度和材料成本等問(wèn)題也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

2025年3月25日，南極熊獲悉，在今年上半年的MILAM2025展會(huì)期間，美國(guó)材料和制造技術(shù)開(kāi)發(fā)商HAMR Industrie和Freemelt聯(lián)手展示了它們?cè)阪u增材制造領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展，亮點(diǎn)之一是利用Freemelt One電子束粉末床熔合（EB-PBF）系統(tǒng)直接制造的高精度鎢合金穿甲彈。

△這些3D打印鎢合金穿甲彈是在位于Neighborhood 91園區(qū)的 Freemelt One EB-PBF系統(tǒng)制造出來(lái)的

3D打印為穿甲帶來(lái)新思路

穿甲彈是坦克和其它裝甲戰(zhàn)斗車(chē)輛的主要彈藥類(lèi)型，依靠彈丸的強(qiáng)大動(dòng)能穿透目標(biāo)，因此被視為地面裝甲車(chē)輛的“克星”。鎢因極高的熔點(diǎn)、密度和高溫硬度，成為制造穿甲彈的理想材料之一。目前，鎢合金穿甲彈憑借高密度和卓越的穿甲能力被廣泛采用，彈芯多由純鎢或鎢合金制成。

然而，鎢的優(yōu)異性能也帶來(lái)了制造難題。高熔點(diǎn)和脆性使傳統(tǒng)加工工藝難以高效生產(chǎn)，且溫度變化易導(dǎo)致脆性斷裂，造成制造門(mén)檻高、成本昂貴。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，特別是電子束粉末床熔融技術(shù)的應(yīng)用，為鎢以及合金的高效、精密加工提供了新思路。

EB-PBF技術(shù)在真空環(huán)境下，以高能電子束為熱源，將金屬粉末逐層熔化成型。與傳統(tǒng)激光束粉末床熔合（LB-PBF）工藝相比，電子束粉末床熔合可在1000°C以上高溫下運(yùn)行，顯著降低裂紋風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)高致密度、無(wú)裂紋的鎢部件制造。這兩家3D打印公司通過(guò)持續(xù)優(yōu)化eMelt系統(tǒng)和Pixelmelt點(diǎn)熔化軟件，進(jìn)一步提升了鎢合金穿甲彈生產(chǎn)效率和部件質(zhì)量。

△Freemelt One EB-PBF增材制造系統(tǒng)

EB-PBF創(chuàng)新與鎢增材制造優(yōu)化

鎢作為Freemelt材料產(chǎn)品線的核心，與鈦和銅共同構(gòu)成了公司關(guān)鍵材料組合。同時(shí)，得益于電子束粉末床熔合技術(shù)，這家公司能夠加工出高密度、無(wú)裂紋的純鎢微結(jié)構(gòu)。區(qū)別于早期主要采用的線性熔化策略，公司現(xiàn)正探索基于Pixelmelt專(zhuān)有軟件的點(diǎn)熔化方法，以提升光束功率利用率和生產(chǎn)效率。此外，F(xiàn)reemelt自研的電子束源采用激光加熱陰極的二極管結(jié)構(gòu)，可在0–6 kW范圍內(nèi)保持穩(wěn)定束斑質(zhì)量，突破了傳統(tǒng)系統(tǒng)在高功率下束斑質(zhì)量下降的技術(shù)瓶頸。

采用這種3D打印技術(shù)制造的鎢合金穿甲彈，不僅重量較傳統(tǒng)鎢合金穿甲彈降低15%，而且彈芯的質(zhì)量分布得到優(yōu)化，可降低飛行阻力。測(cè)試表明，這種3D打印鎢合金穿甲彈在2000米/秒的初速下，穿透均質(zhì)鋼裝甲的厚度比傳統(tǒng)穿甲彈提升15%，且彈芯殘骸的完整率提高近3成。

△采用電子束粉末床熔融3D打印的鎢合金穿甲彈

3D打印穿甲性能更突出

現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上，主戰(zhàn)坦克的復(fù)合裝甲、反應(yīng)裝甲及主動(dòng)防御系統(tǒng)給穿甲彈作戰(zhàn)增加了難度。在高速?zèng)_擊場(chǎng)景下，穿甲彈需要在極短的時(shí)間內(nèi)集中動(dòng)能，突破多層防護(hù)并保持結(jié)構(gòu)完整，因此，3D打印鎢合金穿甲彈的性能優(yōu)勢(shì)在此場(chǎng)景下表現(xiàn)得尤為突出。

●殺傷力提升：鎢合金具備比鋼高三倍的密度特性，這使得相同體積下，鎢合金彈頭具有更重的質(zhì)量和更高的動(dòng)能。3D打印技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)了鎢合金穿甲彈的性能，通過(guò)改進(jìn)彈芯的內(nèi)部構(gòu)造，硬度提高了約30%，并且具備更出色的抗斷裂能力。這樣的設(shè)計(jì)確保了在高速撞擊時(shí)，彈頭能夠保持穩(wěn)定，有效穿透多層裝甲。實(shí)際靶場(chǎng)測(cè)試表明，在相同的射擊條件下，3D打印制造的鎢合金穿甲彈在2000米距離內(nèi)擊穿650毫米厚的均質(zhì)鋼裝甲后，飛行速度較傳統(tǒng)穿甲彈快約10%。此外，穿透后的彈片分布更集中，對(duì)目標(biāo)的二次破壞效果更為顯著。

●抗高溫與抗變形：在高速撞擊的極端環(huán)境下，穿甲彈的頭部溫度可飆升至數(shù)千度，足以熔化多數(shù)金屬。測(cè)試表明，在高速撞擊條件下，3D打印的鎢合金穿甲彈頭部變形量能夠控制在1毫米以?xún)?nèi)，而傳統(tǒng)鎢合金穿甲彈的變形量通常在3到5毫米之間。較小的變形量意味著更高的穿透穩(wěn)定性，使得3D打印鎢合金穿甲彈能夠更有效地連續(xù)穿透三層間隔裝甲，滿(mǎn)足復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)條件下的戰(zhàn)術(shù)需求。

●侵徹性更強(qiáng)：現(xiàn)代復(fù)合裝甲通常采用“軟—硬—軟”多層結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的鎢合金穿甲彈易在中間層被“卡死”。然而，3D打印技術(shù)的鎢合金穿甲彈通過(guò)自身獨(dú)特的彈頭前端“自銳”特性，在遭遇目標(biāo)時(shí)能夠去除鈍化邊緣，維持尖銳的尖端形態(tài)，從而有效避免在復(fù)合裝甲的中間軟層中發(fā)生“卡死”現(xiàn)象。此外，3D打印穿甲彈體內(nèi)的空腔結(jié)構(gòu)有助于分散沖擊波，防止能量過(guò)分集中，這有助于減少?gòu)楏w在穿透過(guò)程中的斷裂風(fēng)險(xiǎn)。這樣的設(shè)計(jì)提升了穿甲彈對(duì)復(fù)合裝甲的穿透力，并且降低了“跳彈”的概率。

總的來(lái)說(shuō)，隨著3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，以及創(chuàng)新材料和工藝的持續(xù)涌現(xiàn)，鎢合金3D打印穿甲彈預(yù)計(jì)不久將從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中，成為突破敵方裝甲的利器。此外，3D打印技術(shù)預(yù)期將在航天器制造、軍事后勤支持等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，顯著推動(dòng)智能化軍事裝備的生產(chǎn)。