KR20240041286A - 적층 제조 금속 케이싱 - Google Patents

적층 제조 금속 케이싱 Download PDF

Info

Publication number
KR20240041286A
KR20240041286A KR1020237044584A KR20237044584A KR20240041286A KR 20240041286 A KR20240041286 A KR 20240041286A KR 1020237044584 A KR1020237044584 A KR 1020237044584A KR 20237044584 A KR20237044584 A KR 20237044584A KR 20240041286 A KR20240041286 A KR 20240041286A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bomb casing
cylindrical body
bomb
casing according
conical nose
Prior art date
Application number
KR1020237044584A
Other languages
English (en)
Inventor
제프리 랭
안토니 제이 쿠리
Original Assignee
콤포지트 테크놀로지 알 앤 디 피티와이 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2021901627A external-priority patent/AU2021901627A0/en
Application filed by 콤포지트 테크놀로지 알 앤 디 피티와이 리미티드 filed Critical 콤포지트 테크놀로지 알 앤 디 피티와이 리미티드
Publication of KR20240041286A publication Critical patent/KR20240041286A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/04—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type
    • F42B12/08—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type with armour-piercing caps; with armoured cupola
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B22F5/106—Tube or ring forms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/0278—Arrangement or mounting of spray heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/04—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation
    • B05B13/0442—Installation or apparatus for applying liquid or other fluent material to separate articles rotated during spraying operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1404—Arrangements for supplying particulate material
    • B05B7/1463—Arrangements for supplying particulate material the means for supplying particulate material comprising a gas inlet for pressurising or avoiding depressurisation of a powder container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1481—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material
    • B05B7/1486—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material for spraying particulate material in dry state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/1606—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air
    • B05B7/1613—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed
    • B05B7/162—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed and heat being transferred from the atomising fluid to the material to be sprayed
    • B05B7/1626—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed and heat being transferred from the atomising fluid to the material to be sprayed at the moment of mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045—Alloys based on refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/087—Coating with metal alloys or metal elements only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/20—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/72—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material
    • F42B12/76—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material of the casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B25/00—Fall bombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B33/00—Manufacture of ammunition; Dismantling of ammunition; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/04—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation
    • B05B13/0431—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation with spray heads moved by robots or articulated arms, e.g. for applying liquid or other fluent material to 3D-surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

폭탄 케이싱(1)의 실시예는 일반적으로 원뿔형 노즈부(2) 및 원통형 몸체부(3)를 정의한다. 일반적으로 원뿔형 노즈부(2) 및/또는 원통형 몸체부(3) 중 적어도 하나, 및 더욱 바람직하게는 둘 모두는 적층 제조 공정(additive manufacturing process)으로부터 형성되며, 이는 바람직하게는 지지 부재 상으로의 금속 입자의 저온 가스 동적 분사(cold-gas dynamic spraying)이다. 일 실시예에서, 일반적으로 원뿔형 노즈부 및 원통형 몸체부는 일체로 형성된다.

Description

적층 제조 금속 케이싱
본 발명은 적층(additively) 제조된 금속 케이싱을 위한 디바이스 및 관련 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은, 배타적이지는 않지만, 군수품, 무기 및 특히 폭탄 케이싱(bomb casing)의 분야에서 응용을 발견한다.
본 명세서에 포함된 문서, 동작(act), 재료, 디바이스, 물품 등에 대한 임의의 논의는 오로지 본 발명의 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 출원의 우선일 전에 호주 또는 다른 곳에 존재하기 때문에 이들 사항 중 일부 또는 전부가 선행 기술 기반의 일부를 형성하거나 본 발명과 관련된 분야의 통상의 일반적인 지식이었다는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
탄두용 케이싱은 탄두의 제안된 특정 용도에 따라 상이한 특성, 예컨대: 공대공(air to air); 지대공(ground to air); 공대지(air to ground); 지대지(ground to ground); 및 구조적 해체 차지 응용(structural demolition charge applications)을 갖는다. 탄두가 효과적임을 보장하기 위해, 의도된 표적을 관통하고 파편화하는 케이싱의 능력이 고려되어야 한다. 케이싱의 성능에 기여하는 설계 파라미터는 형상, 질량, 재료 조성, 기계적 특성 및 파편화(fragmentation) 성능을 포함한다.
탄두 케이싱 설계 선택은 공기역학적 효율성, 관통 성능(penetration performance) 또는 파편화 패턴을 포함할 수 있는 기능적 고려사항에 기초한다. BLU(즉, 벙커 버스터 폭탄이라고도 하는 Bomb Live Unit)의 경우 케이싱이 시스템의 관통 능력에 중요한 역할을 한다.
BLU 탄두는 전형적으로 결합된 세 가지 핵심 구성 요소, 즉 노즈 콘(nose cone), 원통형 메인 몸체 및 꼬리 부분(tail portion)으로 이루어진다. 종래의 탄두 제조 방법은 전형적으로 주조 또는 단조 기술을 사용하여 이들 코어 구성 요소를 이들이 최종 조립 공정에서 결합되기 전에 개별적으로 구성(construct)한다. 적절한 관통 성능을 보장하기 위해 케이싱의 노즈 섹션에서 더 높은 경도를 달성할 필요성에 의해 BLU의 개별 부품 구성이 필요하다. 재료 선택 및 설계는 일반적으로 주조 또는 단조가 가능한 것으로 제한되어, 허용 가능한 형상, 크기, 재료 조성, 능력 및 효과를 제한한다. 다수의 부품 서브어셈블리 구성(특히 조합 효과 특징부들의 경우)이 일반적으로 사용된다. 이는 설계 옵션을 줄이면서 노동력, 부품 수, 설계, 개발 및 생산 비용을 증가시킨다.
종래의 탄두 제조 방법은 새로운 탄두 설계 개념의 개발을 방해하는 몰드 및 다른 오버헤드의 설계 및 제조를 포함한다. 이러한 툴링 요구 사항으로 인해 설계 및 제작 사이클이 길어지고 상당한 초기 비용과 전문 인프라 비용이 필요하며 신속한 프로토타입 제작 작업을 효율적으로 지원하지 못한다.
폭탄 캐스팅을 형성하기 위해 전형적으로 사용되는 주조 또는 단조 기술은 또한 재료를 용융시키기 위해 상당한 에너지 투입을 요구한다. 단조 플랜트에 대한 투자는 엄청나게 비쌀 수 있는데, 이는 공급업체를 전 세계적으로 소수의 제조업체들로만 제한하는 경향이 있었다.
Lockheed Martin은 설계 자유도를 추구하기 위해 재료의 직접 에너지 증착(directed energy deposition)을 사용하여 탄두 케이싱의 적층 제조 방법을 특허로 받았다. 그러나, 이 방법은 왜곡을 생성하고 용융 풀로부터의 응고에 대한 금속의 재결정에 영향을 미칠 수 있는 부품의 부분에 열이 집중적으로 적용되는 것으로 인한 열 왜곡의 단점을 수반한다.
종래 기술의 다른 예는 기본적인 케이싱 제조 단계를 기술하는 US2410813A, 케이싱 형성 방법(Method of Forming Casings), Walter Dillon, 08/05/1942을 포함한다. 케이싱의 단조 또는 주조 대신에, 본 발명자는 열을 가하고 이음매 없는 강철 튜브를 압연하여 케이싱의 노즈콘을 형성하는 방법을 설명한다.
종래 기술의 또 다른 예는 단일편 구성의 케이싱의 강도 및 파단 특성을 갖는 다중 섹션 폭탄 케이싱을 제조하는 공정을 설명하는, 1990년 12월 03일에 엘우드 내셔널 인베스트먼트 코포레이션(Ellwood National Investment Corp.)이 출원한 US5305505A의 다중 섹션 폭탄 케이싱의 제조 공정이다. 케이싱은 마찰 용접 기술에 의해 2개 이상의 합금 강 섹션으로 만들어 진다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들 중 하나 이상을 극복하거나 실질적으로 개선하는 것, 또는 유용한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에서, 일반적으로 원뿔형 노즈부(generally conical nose portion) 및 원통형 몸체부(cylindrical body portion)를 정의하는 폭탄 케이싱(bomb casing)이 제공되고, 일반적으로 원뿔형 노즈부 및/또는 원통형 몸체부의 적어도 하나는 적층 제조 공정으로부터 형성된다.
바람직하게는 적층 제조 공정은 지지 부재 상으로의 금속 입자의 저온 가스 동적 분사(cold-gas dynamic spraying)이다.
일 실시예에서, 일반적으로 원뿔형 노즈부 및 원통형 몸체부는 일체로 형성된다. 다른 실시예에서, 폭탄 케이싱은 단일 구성(unitary construction)이다.
일 실시예에서, 일반적으로 원뿔형 노즈부 및/또는 원통형 몸체부는 그 길이를 따라 실질적으로 균일한 금속 특성을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 일반적으로 원뿔형 노즈부 및/또는 원통형 몸체부는 그 길이를 따라 취해진 각각의 횡단면(transverse cross-section)에 걸쳐 실질적으로 균일한 금속 특성을 가질 수 있다.
바람직하게는 지지 부재는 폭탄 케이싱의 내부 표면의 의도된 구성을 반영하도록 구성된다.
저온 가스 동적 분사가 완료된 후, 지지 부재는 폭탄 케이싱 내에 유지될 수 있다. 대안적으로, 저온 가스 동적 분사가 완료된 후에, 지지 부재는 하나 이상의 위치에서 폭탄 케이싱 내에 유지되고 다른 위치로부터 제거될 수 있다. 다른 실시예들에서, 저온 가스 동적 분사가 완료된 후, 지지 부재는 모두 함께 제거된다.
바람직하게는 케이싱은 파열 기구(rupture mechanism) 및/또는 파열 이음매(rupture seam)를 정의하는 축방향 위치를 따라 금속 특성을 갖는다. 일 실시예에서, 파열 기구 및/또는 파열 이음매는 스캐폴드 상의 기하학적 특징부에 의해 정의되고 및/또는 폭탄 케이싱의 최종 외부 형상의 기하학적 특징부와 조합된다. 일 실시예에서, 파열 기구 및/또는 파열 이음매는 원통형 몸체부를 따라 축방향 및/또는 횡방향으로 연장되는 취약선(line of weakness)이다.
일 실시예에서, 일반적으로 원뿔형 노즈부를 형성하기 위해 분사되는 금속 입자는 고밀도 내화성 금속 또는 합금을 포함한다.
일 실시예에서, 일반적으로 원뿔형 노즈 섹션은 다음의 특성들을 갖는다:
1320 MPa 보다 큰 극한 인장 강도(ultimate tensile strength);
1200 MPa 보다 큰 항복 인장 강도(yield tensile strength);
11%의 최소 파단 연신율(elongation-at-break);
44 록웰 C 스케일 보다 큰 관통 경도(through hardness); 및
7.86g/cc 보다 큰 밀도.
바람직하게는, 지지 부재 상에 증착될 때, 금속 입자는 인터레이스된 층들(interlaced layers)을 형성한다. 일 실시예에서, 인터레이스된 층들은 원주 방향으로 연장된다. 바람직하게는, 원통형 몸체부를 형성하는 인터레이스된 층들은 원통형 몸체부의 종축에 평행하게 연장되는 기다란 치수(elongate dimension)를 갖는다.
본 발명의 특징 및 장점은 단지 예로서 제공된 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 첨부 도면과 함께 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 저온 가스 동적 분사 장치의 주요 구성 요소를 도시하는 개략도이다.
도 2는 로봇 노즐 핸들링 어셈블리의 측면도이다.
도 3은 케이싱의 실시예를 형성하기 위한 재료의 저온 가스 동적 분사의 부분 측단면도이다.
도 4는 케이싱의 실시예의 부분 단면도이다.
도 5는 케이싱의 다른 실시예의 부분 단면도이다.
도 6은 케이싱의 다른 실시예의 숨겨진 세부 사항을 도시하는 등각도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 단면도이다.
도 8은 케이싱의 다른 실시예의 숨겨진 세부 사항을 도시하는 측면도이다.
도 9는 연속적인 비드들의 증착에 의해 생성된 인터레이스된 그레인 형성을 도시하는 케이싱 측벽의 일부의 개략적인 단면 확대도이다.
도 10은 더 매끄러운 외부 마감에 기여하는 중첩 비드 형성을 도시하는 개략적인 단면 확대도이다.
예를 들어, 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 폭탄 케이싱(1)의 예시된 실시예는 각각 일반적으로 원뿔형 노즈부(2) 및 원통형 몸체부(3)를 정의한다. 일반적으로 원뿔형 노즈부(2) 또는 원통형 몸체부(3) 중 적어도 하나 또는 다른 하나는 적층 제조 장비를 사용하여 적층 제조된다. 도 5에 예시된 실시예에서, 적층 제조되고 이어서 전통적으로 제조된 원통형 몸체부(3)에 연결되는 것은 단지 일반적인 원뿔형 노즈부(2)이다. 그러나, 더 바람직하게는 일반적으로 원뿔형 노즈부(2) 및 원통형 몸체부(3) 둘 모두가 적층 제조된다. 후자는 아래에서 주로 논의할 제조 공정의 유형이다.
적층 제조 장비의 일부 예는 금속 분말 또는 와이어를 가열하기 위해 열원, 예를 들어 레이저, 전자 빔 등을 사용한다. 그런 다음 가열된 금속이 굳어져(consolidate) 원하는 3차원 물체가 생산된다. 공정의 바람직한 실시예에서 사용되는 적층 제조 장비(4)는 적어도 하나의 노즐(6)로부터 발산(emanating)되는 가스 스트림 내에 동반된 금속 입자(5)의 저온 가스 동적 분사를 위해 구성된다. 제조 공정의 일부 실시예에서, 하나 보다 많은 노즐(6)이 제조 생산 속도를 증가시키기 위해 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 저온 가스 동적 분사된 금속 입자(5)는 고강도 강철이다. 다른 실시예에서, 원뿔형 노즈부(2)를 형성하도록 분사되는 금속 입자(5)는 니켈-크롬-몰리브덴 합금 강(SAE4340)과 같은 강 합금이다.
도 1 및 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적층 제조 장비(4)는 지지 부재(8)(기판 또는 스캐폴드라고도 지칭될 수 있음)와 정합(mate)하도록 형상화된 회전가능한 맨드렐을 포함한다. 전기 모터와 같은 드라이브는 맨드렐을 회전시키도록 구성되고, 이는 차례로 지지 부재(8)를 회전시킨다. 이러한 배열은 축 대칭을 갖는 케이싱의 제조에 적합하고, 이는 대부분의 폭탄 케이싱 설계에 적용될 수 있는 것으로 여겨진다. 이는 재료가 지지 부재 상에 증착됨에 따라 지지 부재(8)가 회전할 수 있게 하는 한편, 노즐은 정지 상태로 유지되거나 단지 비교적 느리게 이동된다. 이는 지지 부재(8)를 정지 상태로 유지하고, 지지 부재(8) 상에 재료를 증착하는 동안 지지 부재(8) 주위에서 노즐을 반복적으로 변위(displace)시켜야 하는 것에 비해 더 효율적이다.
도 3 및 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 지지 부재(8)는 축 대칭이고, 제조될 폭탄 케이싱의 원하는 형상에 대응하는 미리 가공된 외부 표면을 갖는다. 일 실시예에서, 지지 부재(8)는 알루미늄, 바람직하게는 등급 6061 알루미늄으로 만들어진다. 다른 실시예에서 지지 부재(8)는 구리로 만들어진다.
도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 저온 가스 동적 분사 장비는 가스 소스(12)로부터의 고압 공정 가스가 한 쌍의 회로들(13 및 14)을 통해 공급되는 인클로저(11)를 포함한다. 공정 가스가 금속과 반응하는 것은 바람직하지 않기 때문에 공정 가스는 비교적 불활성인 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서 질소는 비교적 불활성이고 비교적 저렴한 가격으로 널리 이용 가능하기 때문에 공정 가스로서 사용된다. 그러나, 다른 실시예들은, 예를 들어, 헬륨 및/또는 아르곤과 같은 다른 불활성 가스들을 사용한다. 제1 회로(13)는 고압 공정 가스를 금속 입자(5)를 함유하는 분말 공급 호퍼(15)에 공급한다. 제2 회로(14)는 고압 공정 가스를 히터(16)에 공급한다. 두 회로는 온-보드 전기 히터(17)를 갖는 노즐(6)에서 수렴된다.
2개의 히터(16 및 17)는 공정 가스 스트림이 노즐(6)로부터 분출(eject)될 때 600°C 내지 800°C, 가장 바람직하게는 700°C의 온도를 갖는 것을 보장하기 위해 사용된다. 약 600°C 미만의 공정 가스 스트림 온도는, 저온 가스 동적 분사 장비에 의해 형성되고 있는 부품과의 충격(impact) 시에 금속 입자들의 변형을 억제할 가능성이 있다. 약 800°C 초과의 공정 가스 스트림 온도는 금속 입자(5)의 용융 또는 과연화(over-softening)를 초래할 수 있으며, 이는 부품과의 충격 시 입자가 붕괴(disintegrating)되어, 분사 효율 및 부품 기계적 무결성(integrity)에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
도 1의 배열은 전형적으로 1000m/s를 초과하는 초음속으로 노즐(6)로부터 금속 입자(5)를 분출할 수 있다. 이는 충격시 지지 부재에 융합되기에 충분한 운동 에너지를 입자에 제공한다. 중요하게는, 저온 가스 동적 분사 공정은 금속 입자(5)를 그들의 용융점을 초과하여 가열하지 않는다. 따라서, 금속 입자(5)의 원래 구조 및 특성은, 예를 들어 단조 및 주조와 같은, 금속을 용융시키는 기술에서 고유한 상 변화에 의해 달리 야기될 변경 없이 보존될 수 있다. 저온 가스 동적 분사 장비에 관한 보다 상세한 내용은 미국 특허 제5,302,414호에서 입수가능하고, 그의 내용은 본원에 참조로서 포함된다.
도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적층 제조 장비(4)는 또한 지지 부재가 회전될 때 지지 부재 상으로 금속 입자(6)의 분사를 지향시키기 위해 노즐(6)을 위치시키고 배향시키도록 구성된 로봇 아암(robotic arm)(9) 형태의 로봇 어셈블리를 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 범용 컴퓨팅 시스템일 수 있거나 전용 제어 시스템일 수 있는 프로그래밍가능 제어기는 로봇 아암(9)을 구동하도록 구성된다. 즉, 프로그래밍가능 제어기는 로봇 아암(9)에 의해 수신되는 명령 신호들을 발송한다. 이러한 명령 신호들은 로봇 아암(9)이 가정할 구성을 정의하고, 이는 궁극적으로 노즐(6)의 위치 및 배향을 정의한다. 이는, 차례로, 지지 부재(8)를 충격하여 그에 바인딩되도록 노즐(6)로부터 매우 빠른 속도로 분출되는 금속 입자(5)의 궤적을 정의한다. 시간이 지남에 따라, 이러한 증착 공정은, 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 지지 부재(8)를 둘러싸고 이에 접합되는 재료의 외부 층을 구축한다.
금속 입자(5)가 분출되는 노즐(6)이 지지 부재(8)에 대해 통과함에 따라, 재료의 비드(18)가 증착된다. 프로그래밍가능 제어기는 인터레이스된 층들의 형태로 회전 지지 부재(8) 상에 금속 입자들(5)의 비드들(18)을 증착하기 위해 노즐(6)을 위치시키고 배향시키도록 로봇 아암(9)을 구동하도록 구성될 수 있다. 도 9에 예시된 바와 같이, 인터레이스 효과는 하부 층을 형성하는 비드(18)의 중심을 바로 위의 층을 형성하는 비드(18)의 에지와 정렬함으로써 달성된다. 이는 벽돌이 층상화(layered)되고 인터레이스되어 벽을 형성할 수 있는 친숙한 방식과 유사하다. 비드(18)들의 층들의 인터레이스는 그레인형 구조를 효과적으로 형성하고, 이는 완성된 케이싱에 개선된 방향성 강도 특성들에 기여한다. 강한 관통 성능을 제공하도록 의도된 케이싱의 경우, 비드(18)의 인터레이스된 층은 원주 방향으로 연장되는데, 이는 축 방향 및 원주 방향으로의 인장 강도 증가에 기여하기 때문이다. 즉, 원통형 몸체부(3)를 형성하는 비드들(18)의 인터레이스된 층들은 원통형 몸체부(3)의 종축에 평행하게 연장되는 기다란 치수를 갖는다.
노즐(6)로부터 분사되는 금속 입자(5)의 조성은 지지 부재(8)에 대한 노즐(6)의 위치가 변경됨에 따라 변할 수 있다. 이는, 노즐(6)의 위치가 지지 부재(8)에 대해 변경됨에 따라 공정 가스 스트림 내로 동반되는 재료들의 조성을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 이 기술은 폭탄 케이싱의 상이한 부분들 사이에서와 같이 증착된 재료의 밀도를 변화시키는데 사용될 수 있다. 이 기술은 또한 폭탄 케이싱의 상이한 부분들 사이에서 증착된 재료의 화학적 특성을 변화시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 함유된 금속 입자(5)의 조성이 상이한 호퍼(15) 사이에서 변하는 다수의 분말 공급 호퍼(15)를 사용한다. 이 실시예에서, 프로그래밍가능 제어기는 금속 입자(5)가 저온 가스 동적 분사 공정에서 사용하기 위해 소싱될 특정 호퍼(15)를 정의하고 변경하기 위한 명령 신호를 발행하도록 구성된다. 이 실시예의 예시적인 구현예에서, 제1 호퍼(15)는 고밀도 내화성 금속 또는 합금을 거의 또는 전혀 갖지 않는 금속 입자(5)를 함유한다. 제2 호퍼(15)는 다음 중 어느 하나와 같은 상당한 비율의 고밀도 내화성 금속 또는 합금을 갖는 금속 입자(5)를 함유한다.
· 20 중량% 내지 30 중량%의 WC 또는 WC_Ni14와 같은 텅스텐 금속 또는 합금;
· 2 중량% 내지 10 중량%의 니켈 금속 또는 합금;
· 3 중량% 내지 4 중량%의 바나듐 금속 또는 합금; 또는
· 3 중량% 내지 4 중량%의 망간 금속 또는 합금.
이들 첨가제는 증착된 재료의 특성, 예컨대 연성(ductility), 연신율(elongation), 밀도, 강도 및 경도를 개선시킬 수 있다. 오퍼레이터는, 프로그래밍가능 제어기를 프로그래밍할 때, 특정 원하는 특성들에 대해 조정하기 위해 다양한 첨가제들의 비율들을 선택할 수도 있다. 이는 경도 대 연성과 같은 것들 사이의 균형 또는 트레이드-오프를 수반할 수 있다.
이 예에서, 프로그래밍가능 제어기는, 원통형 몸체부(3)를 형성할 재료를 증착하도록 노즐(6)이 지지 부재(8)에 대해 위치 및 배향되는 동안 금속 입자(5)가 제1 호퍼(15)로부터 소싱되는 것을 보장하기 위해 명령 신호를 발송하도록 프로그래밍된다. 그러나, 노즐(6)이 원뿔형 노즈부(2)를 형성할 재료를 증착하는 지지 부재(8)에 대해 위치 및 배향으로 이동될 때, 프로그래밍가능 제어기는 제2 호퍼(15)로부터 금속 입자(5)를 소싱하기 위해 다수의 분말 공급 호퍼(15)에 명령 신호를 발행한다. 이는 원뿔형 노즈부(2)를 형성하는 증착된 재료가 고밀도 내화성 금속 또는 합금을 포함하고 따라서 향상된 관통 특성을 갖는 것을 보장한다. 그러나, 원통형 몸체부(3)는 전형적으로 이러한 향상된 관통 특성을 필요로 하지 않으며, 따라서 원통형 몸체부(3)를 형성하기 위해 증착된 재료는 고밀도 내화성 금속 또는 합금을 포함할 필요가 없다. 약간의 변형에서, 프로그래밍가능 제어기는 일반적으로 원뿔형 노즈부(2)에 인접한 원통형 몸체부(3)의 일부를 형성하는 증착된 재료가 또한 고밀도 내화성 금속 또는 합금을 포함하는 것을 보장하도록 프로그래밍될 수 있다. 이는 일반적으로 원뿔형 노즈부(2)에 인접한 원통형 몸체부(3)가 원뿔형 노즈부(2)를 지탱하도록 허용한다.
폭탄 케이싱(1)의 일 실시예에서, 일반적으로 원뿔형 노즈 섹션(2)은 관통 성능에 바람직한 다음의 특성을 갖는다:
· 1320 MPa 보다 큰 극한 인장 강도;
· 1200 MPa 보다 큰 항복 인장 강도;
· 11%의 최소 파단 연신율;
· 44 록웰 C 스케일 보다 큰 관통 경도; 및
· 7.86g/cc 보다 큰 밀도.
프로그래밍가능 제어기는 또한 지지 부재(8)에 대한 적어도 하나의 노즐(3)의 위치설정에 따라 다양한 분사 파라미터를 변경하도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 파라미터는 분사 스탠드오프 거리; 분사 경로 선형 속도; 및/또는 분사 오프셋 거리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로그래밍가능 제어기는 노즐(6)이 원통형 몸체부(3)를 형성하기 위해 재료를 증착할 때 이들 파라미터 중 하나 이상을 1% 내지 50% 만큼 증가시키도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 증가된 양은 노즐(6)이 원뿔형 노즈부(2)를 형성하기 위해 재료를 증착할 때 관련 파라미터의 정상적인 양에 대한 것이다. 분사 파라미터에 대한 이러한 변동은 원통형 몸체부(3)를 형성하는 증착된 재료 파단 연신율 값(elongation-at-break value)을 감소시키는 것과 같은 특성을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 이는 원통형 몸체부(3)가 10%-15%에서 7%-8%로 파편화를 감소시키는 것과 같은 개선된 파편화 성능을 제공하게 할 수 있으며, 이는 더 작고 더 균일한 파편을 산출한다.
본 출원의 발명자들은 폭탄 케이싱 구성 맥락에서, 금속 입자(5)의 중간 크기가 15 ㎛ 내지 55 ㎛인 것이 바람직하고, 53 ㎛가 공정의 일부 실시예에 대해 최적인 것으로 간주된다는 것을 이해하였다. 15 ㎛ 미만의 입자는 전형적으로 지지 부재(8)와의 충격 시에 변형되어 부착되기에 충분한 에너지를 갖지 않는다. 이는 공정 가스 스트림에서 가속 후 낮은 운동 에너지로 이어지는 이들의 낮은 질량 때문이다. 55μm 초과의 입자는 전형적으로 그들의 더 높은 질량으로 인해 충분한 속도로 가속되지 않고, 따라서 부품과의 충격 시에 변형 및 부착되기에 충분한 에너지를 갖지 않을 수 있다. 너무 크거나 너무 작은 입자에 의한 원인에 관계없이, 부품에 대한 불량한 부착의 바람직하지 않은 효과는 다음과 같다:
- 부적절하게 융합된 입자로 인한 다공성, 낮은 부품 무결성;
- 부품에 부착되지 않은 분말로 인한 낮은 분사 효율;
- 오염 제어 시스템에 의해 핸들링될 폐기물 분말의 부피 증가.
폭탄 케이싱 구성 맥락에서, 금속 입자(5)의 중간 경도가 30 로크웰 C 보다 작은 것이 바람직하다는 것이 본 출원의 발명자들에 의해 인식되었다. 분말 경도는 경험적 시험 동안 고강도 철 합금의 저온 가스 동적 분사에서 중요한 공정 변수로서 확인되었다. 저온 가스 동적 분사 공정은 입자가 충격 시에 지지 부재(8)에 평탄화해지고 부착되는 것에 의존하고, 입자의 경도는 이것이 얼마나 효율적으로 달성되는지에 직접적인 영향을 미친다. 금속 입자의 과도한 경도는 입자가 형성 중인 부품에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 대신, 과도하게 경질인 입자가 표면으로부터 튀어나와, 공정 효율을 낮추고 분말 낭비를 높이는 데 기여할 수 있다. 대안적으로, 과도한 경도는 입자가 부착되지만, 적절하게 평탄화하지 않게 할 수 있다. 이는 매우 높은 다공성과 허용할 수 없을 정도로 낮은 부품 강도를 초래한다. 높은 경도로 인한 입자의 비부착성(non-adherence) 문제는 분사 제트가 수직에서 떨어진 각도로 부품에 충격을 주는 경우에서와 같이 극적으로 악화되는 것으로 경험적으로 밝혀졌다. 더 연질의 입자를 갖는 금속 분말은 더 경질의 분말보다 훨씬 더 얕은 충격 각도(impact angle)에서 성공적으로 분사될 수 있다. 경질 분말은 입자의 부착이 완전히 정지하는 것으로 보이는 한계 충격 각도를 초래하고, 이 한계 각도는 구축될 수 있는 부품의 형상에 제약을 부과한다.
본 출원의 발명자는 폭탄 케이싱 구성 맥락에서, 단일 노즐로부터 발산되는 금속 입자(5)의 유량이 16 kg/시간 내지 35 kg/시간인 것이 바람직하고, 공정의 일부 실시예에 대한 최적치는 약 25-30 kg/시간인 것으로 인식하였다. 약 16 kg/시간 미만에서, 생산 속도가 너무 낮기 때문에 공중 폭탄 케이싱의 제조를 위해 저온 가스 동적 분사 공정을 사용하는 것은 비경제적이 된다. 재무 분석에서는 이 공정은 분사 헤드당 약 16kg/시간을 초과하는 전통적인 제조 방법에 비해 비용 경쟁력이 있는 것으로 나타났다. 분사 헤드당 분말 유량이 35kg/시간을 초과하면 저온 가스 동적 분사 공정에 의해 제조되는 부품에서 형성 열을 관리하는 데 문제를 야기할 가능성이 있다. 형성 공정은 국부화된 열을 초래하고, 여기서 분사 제트는 부품을 충격하고, 그런 다음 이러한 열은 열 전도에 의해 부품을 통해 분산된다. 열은 주로 자연 및 강제 대류에 의해 부품으로부터 제거된다. 현재 냉각 방법을 통해 부품에서 열 축적을 관리하는 것은 분말의 분사 헤드당 35kg/시간보다 더 높은 유속이 달성될 수 있게 할 수 있다는 것이 이론화된다.
본 출원의 발명자에 의해, 폭탄 케이싱 구성 맥락에서, 노즐 출구와 기판 사이의 분사 스탠드오프 거리가 15 mm 내지 50 mm인 것이 바람직하고, 최적이 대략 15 mm 내지 25 mm인 것이 인식되었다. 분사 제트는 노즐(6)로부터의 거리가 증가함에 따라 제트의 발산으로 인해 직경이 증가한다. 이러한 효과로 인해, 증착된 재료의 비드(18)의 폭은 증가하고, 오프셋 거리가 증가함에 따라 비드(18)의 최대 두께는 감소한다. 분사 제트의 속도는 또한 오프셋 거리가 증가함에 따라 감소한다. 대략 15mm 미만의 오프셋 거리는 비드(18)가 너무 두껍고 좁게 증착되는 것을 초래할 수 있고, 국부적인 열 소산이 부적절할 수 있다. 비드(18)의 형성에서 과도한 국부적인 열은 저온 가스 동적 분사 공정에 의해 형성되는 부품의 야금(metallurgy)에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 대략 50mm보다 큰 오프셋 거리는 특히 빔의 외부 층 상의 입자에 대해 너무 낮은 충격 속도를 초래할 수 있다. 이는 분사 효율에 부정적인 영향을 미칠 가능성을 가지며, 증가된 다공성 및 부품의 더 낮은 기계적 무결성을 초래할 수 있다.
본 출원의 발명자들에 의해, 폭탄 케이싱 구성 맥락에서, 분사 경로 선형 속도가 0.5m/s 내지 1.5m/s인 것이 바람직하고, 일부 실시예에 대한 최적치는 대략 1.0m/s라는 것이 인식되었다. 분사가 발생하는 동안 지지 부재가 회전되는 전술한 바와 같은 맥락에서, 분사 경로 선형 속도는 비드(18)가 증착되는 위치에 형성되는 부분의 직경 및 회전 속도로부터 계산될 수 있다. 0.5m/s 미만의 분사 경로 선형 속도는 증착된 비드(18)가 너무 두껍게 되게 할 가능성이 있다. 추가로, 충격 위치에서의 국부적인 열이 과도해질 수 있다. 1.5m/s를 초과하는 분사 경로 선형 속도에서, 비드(18)는 너무 얇아질 수 있고, 비드(18)의 외부 에지에서의 다공성은 허용할 수 없을 정도로 증가할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 원뿔형 노즈부(2)를 케이싱의 팁을 향하는 위치에 분사할 때, 팁의 작은 직경으로 인해 0.5m/s보다 큰 선형 경로 속도를 달성하기 위해 필요한 회전 속도가 과도할 수 있다. 이를 교정하기 위해, 지지 부재(9)가 회전되고 있는 방향과 반대 회전 방향으로 원뿔형 노즈부(2)의 팁 주위로 노즐(6)을 변위시키도록 로봇 아암(9)을 프로그래밍하는 것이 필요할 수 있다.
본 출원의 발명자들은 폭탄 케이싱 구성 맥락에서, 인접한 비드(18)들 사이의 분사 경로 중첩이 2개의 인접한 비드(18)들의 최소 중첩을 초래할 분사 경로 중첩의 30% 내지 60%인 것이 바람직하다는 것을 인식하였다. 이는 도 10과 같이 외부 표면을 더욱 매끄럽게 마감하는 데 도움이 된다. 그 목적은 인접한 비드(18)가 중첩되어 그들의 더 얕은 섹션의 조합된 두께가 단일 비드(18)의 최대 두께에 가까운 두께에 추가되도록 하는 것이다.
저온 가스 동적 분사 공정은, 도 3에 예시된 바와 같이, 증착이 원하는 측벽 두께, 형상 및 전체 케이싱 특성을 생성할 때까지 계속된다. 결과적인 케이싱의 일부 예가 도 4 내지 도 8에 나와 있다.
제조 공정의 일 실시예는 저온 가스 동적 분사가 완료되면, 폭탄 케이싱을 열처리하는 단계를 포함한다. 이러한 열 처리는 일반적으로 전통적인 폭탄 케이싱 제조 공정에서 사용되는 열 처리 단계와 매우 유사하며, 단 본 발명의 실시예를 열 처리할 때 실질적으로 더 적은 총 에너지가 필요할 것으로 예상된다. 이는 주로 저온 가스 동적 분사 공정 동안 금속 입자(5)의 용융의 결여에 의해 산출된 상기 언급된 원하는 특성에 기인한다.
폭탄 케이싱의 열처리 후에, 금속, 세라믹, 에너지 재료 또는 이들의 임의의 조합의 적어도 하나 이상의 층이 저온 가스 동적 분사에 의해 폭탄 케이싱의 외부 표면의 적어도 일부에 적용될 수 있다. 이러한 최종 층의 조성은 폭탄 케이싱의 잠재적인 치사율을 증가시키고, 그 저장 수명을 개선하고 및/또는 방사선 차폐를 생성하도록 선택될 수 있다.
폭탄 케이싱을 제조하는 공정에서의 최종 단계는 폭탄 케이싱의 외부 및/또는 내부 표면들을 기계가공하는 것이다. 이러한 기계가공 단계는 전통적인 케이싱 제조 방법에서 수행되는 기계가공 단계와 매우 유사하다. 일부 실시예에서, 이 기계가공은 지지 부재(8)를 원래 포함하였던 재료의 일부 또는 전부를 제거할 수 있다. 방법의 다른 실시예에서, 지지 부재(8)는 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 폭탄 케이싱 내에 완전히 유지된다.
일부 실시예에서, 예를 들어 도 3, 도 4, 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 일반적으로 원뿔형 노즈부(2)와 원통형 몸체부(3)는 일체로 형성된다. 따라서, 일부 실시예에서, 결과적인 폭탄 케이싱은 단일 구성으로 간주될 수 있다.
동일한 금속 입자(5)가 전체에 걸쳐 사용되는 경우, 그리고 모든 다른 분사 파라미터가 일정하게 유지되는 경우, 일반적으로 원뿔형 노즈부(2) 및 원통형 몸체부(3)은 각각 그 길이를 따라 실질적으로 균일한 금속 특성을 가질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 대안적으로, 이용되는 금속 입자 및/또는 다른 분사 파라미터는 일반적으로 원뿔형 노즈부(2) 및/또는 원통형 몸체부(3)가 그 길이를 따라 취해진 각각의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 균일한 금속 특성을 갖는 폭탄 케이싱을 생성하도록 맞춤화(tailored)될 수 있다.
케이싱의 실시예는 파열 기구 및/또는 파열 이음매를 정의하는 금속 특성을 갖도록 엔지니어링될 수 있다. 일 실시예에서, 파열 기구 및/또는 파열 이음매는 예를 들어 스캐폴드 상에 제공되고 및/또는 폭탄 케이싱의 최종 외부 형상의 기하학적 특징부와 조합되는 채널과 같은 기하학적 특징부에 의해 정의된다. 다른 실시예에서, 파열 기구 및/또는 파열 이음매는 원통형 몸체부를 따라 축방향 및/또는 횡방향으로 연장되는 취약선이다. 이러한 취약선들은 제안된 취약영역(area of weakness)에 재료를 증착할 때 하나 이상의 분사 파라미터들을 변경하도록 프로그래밍가능 제어기를 프로그래밍함으로써 저온 가스 동적 분사 공정 동안 확립된다. 이는 금속 입자 조성, 증착 밀도, 비드 증착 기하학적 구조 등의 변화와 같이, 증착의 강도에 영향을 미치는 임의의 분사 파라미터의 변화를 확립하는 것을 수반할 수 있다.
당업자는 본 발명이 주조 또는 단조에 의존하는 전통적인 폭탄 케이싱 제조 방법과 비교하여 다수의 중요한 실용적인 장점을 제공한다는 것을 인식할 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 전통적인 주조 또는 단조 제조 방법에서는 설계 자유도가 제한적이다. 이에 비해, 본 발명의 적층 방법은 생산 라인의 광범위하고 고가의 리툴링(re-tooling) 또는 주조 공장(foundry)에 대한 접근의 필요성 없이 제조 파라미터를 자유롭게 커스터마이징(customizing)할 수 있게 한다. 본 발명의 적층 방법은 또한 쉽고 경제적인 실험 및 프로타입 개발을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 전통적인 방법들과 비교하여 비용 장점을 제공하는 대량 생산 방법들을 제공한다.
저온 분사 증착 공정은 다음과 같은 다양한 설계 유연성을 가능하게 한다:
1. 케이싱의 다양한 부분들에서 금속 특성들의 변동(variation)들을 갖는 설계 유연성을 제공하기 위한 증착 파라미터들의 변동량(variance). 이는 예를 들어 파열 기구 및/또는 파열 이음매와 같은 특징부의 제공을 보조할 수 있다.
2. 케이싱의 다양한 부분을 형성하는 데 사용되는 금속 분말의 변동을 갖는 설계 유연성. 이는 예를 들어 경도와 같은 요구되는 특성들을 달성하기 위해 복수의 미리 선택된 금속 유형들이 미리 결정된 비율로 혼합되는 것을 허용할 수 있다. 일 실시예에서, 탄두에는 대부분의 원통형 몸체부(3)의 경도와 비교하여 원뿔형 노즈부(2)에 추가적인 경도가 제공된다. 이는 원뿔형 노즈부(2)을 형성하기 위해 고밀도 내화성 금속 또는 그의 합금, 예를 들어 텅스텐, WC, WC_Ni14 등을 포함하는 재료의 분사에 의해 달성될 수 있다. 고밀도 내화성 재료는 증가된 중량을 가지며, 이는 폭탄이 움직일 때 증가된 운동 에너지를 초래한다는 것이 인식될 것이다.
3. 그레인형 방향성 강도 특성을 부여하는 층을 형성하는 복수의 비드(18)를 증착함으로써 폭탄 케이싱(1)을 제조할 수 있는 설계 유연성.
다수의 바람직한 실시예들이 설명되었지만, 광범위하게 설명된 바와 같이 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대해 다수의 변형들 및/또는 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 따라서, 본 실시예들은 모든 점에서 예시적이고 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다.

Claims (18)

  1. 일반적으로 원뿔형 노즈부 및 원통형 몸체부를 정의하는 폭탄 케이싱으로서, 상기 일반적으로 원뿔형 노즈부 및/또는 상기 원통형 몸체부의 적어도 하나는 적층 제조 공정으로부터 형성되는 것인, 폭탄 케이싱.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적층 제조 공정은 지지 부재 상에 금속 입자들의 저온 가스 동적 분사(cold-gas dynamic spraying)인, 폭탄 케이싱.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 일반적으로 원뿔형 노즈부 및 원통형 몸체부는 일체로 형성되는, 폭탄 케이싱.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폭탄 케이싱은 단일 구성인, 폭탄 케이싱.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반적으로 원뿔형 노즈부 및/또는 상기 원통형 몸체부는 그 길이를 따라 실질적으로 균일한 금속 특성을 갖는, 폭탄 케이싱.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반적으로 원뿔형 노즈부 및/또는 상기 원통형 몸체부는 그 길이를 따라 취해진 각각의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 균일한 금속 특성을 갖는, 폭탄 케이싱.
  7. 제2항에 있어서, 상기 지지 부재는 상기 폭탄 케이싱의 내부 표면의 의도된 구성을 반영하도록 구성되는 것인, 폭탄 케이싱.
  8. 제2항 또는 제7항에 있어서, 저온 가스 동적 분사가 완료된 후, 상기 지지 부재는 상기 폭탄 케이싱 내에 유지되는 것인, 폭탄 케이싱.
  9. 제2항 또는 제7항에 있어서, 저온 가스 동적 분사가 완료된 후, 상기 지지 부재는 하나 이상의 위치에서 상기 폭탄 케이싱 내에 유지되고 다른 위치로부터 제거되는 것인, 폭탄 케이싱.
  10. 제2항 또는 제7항에 있어서, 저온 가스 동적 분사가 완료된 후, 상기 지지 부재는 모두 제거되는 것인, 폭탄 케이싱.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱은 파열 기구(rupture mechanism) 및/또는 파열 이음매(rupture seam)를 정의하는 금속 특성을 갖는, 폭탄 케이싱.
  12. 제11항에 있어서, 상기 파열 기구 및/또는 파열 이음매는 스캐폴드 상의 기하학적 특징부에 의해 정의되고 및/또는 상기 폭탄 케이싱의 최종 외부 형상의 기하학적 특징부와 조합되는 것인, 폭탄 케이싱.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 파열 기구 및/또는 파열 이음매는 상기 원통형 몸체부를 따라 축방향 및/또는 횡방향으로 연장되는 취약선인, 폭탄 케이싱.
  14. 제2항에 있어서, 상기 일반적으로 원뿔형 노즈부를 형성하도록 분사되는 상기 금속 입자는 고밀도 내화성 금속 또는 합금을 포함하는, 폭탄 케이싱.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반적인 원뿔형 노즈 섹션은:
    1320 MPa 보다 큰 극한 인장 강도;
    1200 MPa 보다 큰 항복 인장 강도;
    11%의 최소 파단 연신율;
    44 록웰 C 스케일 보다 큰 관통 경도; 및
    7.86g/cc 보다 큰 밀도의 특성을 갖는, 폭탄 케이싱.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재 상에 증착되는 상기 금속 입자는 인터레이스된 층들을 형성하는, 폭탄 케이싱.
  17. 제16항에 있어서, 상기 인터레이스된 층들은 원주 방향으로 연장되는, 폭탄 케이싱.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 원통형 몸체부를 형성하는 인터레이스된 층들은 상기 원통형 몸체부의 종축에 평행하게 연장되는 기다란 치수(elongate dimension)를 갖는, 폭탄 케이싱.
KR1020237044584A 2021-05-31 2022-05-31 적층 제조 금속 케이싱 KR20240041286A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2021901627 2021-05-31
AU2021901627A AU2021901627A0 (en) 2021-05-31 Additively Manufactured Metal Casings
PCT/AU2022/050533 WO2022251910A1 (en) 2021-05-31 2022-05-31 Additively manufactured metal casings

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240041286A true KR20240041286A (ko) 2024-03-29

Family

ID=84322488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237044584A KR20240041286A (ko) 2021-05-31 2022-05-31 적층 제조 금속 케이싱

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4348161A1 (ko)
KR (1) KR20240041286A (ko)
AU (1) AU2022287496A1 (ko)
WO (2) WO2022251909A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210371067A1 (en) * 2018-11-20 2021-12-02 Dive Technologies Inc. Maritime vehicle systems and methods

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7278353B2 (en) * 2003-05-27 2007-10-09 Surface Treatment Technologies, Inc. Reactive shaped charges and thermal spray methods of making same
US7093542B2 (en) * 2004-04-22 2006-08-22 Lockheed Martin Corporation Warhead with integral, direct-manufactured features
US8043655B2 (en) * 2008-10-06 2011-10-25 H.C. Starck, Inc. Low-energy method of manufacturing bulk metallic structures with submicron grain sizes
CN107236949A (zh) * 2016-12-26 2017-10-10 北京理工大学 一种Al基含能活性金属药型罩的近净成型制备方法
SE544060C2 (sv) * 2019-03-19 2021-11-30 Bae Systems Bofors Ab En stridsdel och ett förfarande för framställning av en stridsdel
US11857990B2 (en) * 2019-06-26 2024-01-02 The Boeing Company Systems and methods for cold spray additive manufacturing and repair with gas recovery

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022251909A1 (en) 2022-12-08
WO2022251910A1 (en) 2022-12-08
AU2022287496A1 (en) 2023-12-14
EP4348161A1 (en) 2024-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6840787B2 (ja) 鋼本体をコーティングする方法
US7093542B2 (en) Warhead with integral, direct-manufactured features
US10005127B2 (en) Powder improvement for additive manufacturing
US3996398A (en) Method of spray-coating with metal alloys
US7073561B1 (en) Solid freeform fabrication system and method
KR100305425B1 (ko) 자유형3차원물품을형성하는방법및장치
JP3711408B2 (ja) 金属成形方法
US6602545B1 (en) Method of directly making rapid prototype tooling having free-form shape
US6623876B1 (en) Sintered mechanical part with abrasionproof surface and method for producing same
US20050038551A1 (en) Method of fabricating composite tooling using closed-loop direct-metal deposition
TWI630963B (zh) 加工合金錠之系統及方法
CN108698127A (zh) 使用层的连续沉积来制造部件的方法和装置
JP2006183135A (ja) 高強度を有する銅のコールドガスダイナミックスプレー
JP6227808B2 (ja) 溶射アセンブリおよび溶射アセンブリを用いる方法
JP2006161161A (ja) 真空コールドスプレープロセス
US20060133947A1 (en) Laser enhancements of cold sprayed deposits
JP2006161160A (ja) コールドスプレーを用いた超合金修理
JP2008115467A (ja) 構成部品の接合面に充填材を堆積させる方法
KR20240041286A (ko) 적층 제조 금속 케이싱
US9796044B2 (en) Manufacturing process for hard facing aluminum injection molds
Sanjeeviprakash et al. Additive manufacturing of metal-based functionally graded materials: overview, recent advancements and challenges
JP2008540836A (ja) 材料堆積の方法および装置
US20230294357A1 (en) Additive manufacturing system and unified additive-deformation-machining (adm) process of manufacturing
JP2020143365A (ja) 砕片粒子を用いた付加製造の方法
CN108754389A (zh) 一种气雾法及喷涂法制备金属复合材料的方法及装置