圍繞國(guó)外先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)，跟蹤和積累了大量的信息化研究成果。通過(guò)系統(tǒng)分析、篩選和研究，篩選出20個(gè)對(duì)國(guó)防科技發(fā)展和武器裝備研制生產(chǎn)有重要影響的技術(shù)動(dòng)向，供制造技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)人員參考。

20種趨勢(shì)

1、 復(fù)雜武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型計(jì)算速度提高10萬(wàn)倍

2019年2月，應(yīng)用動(dòng)力國(guó)際有限公司宣布，由空軍研究實(shí)驗(yàn)室資助，開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)優(yōu)化的機(jī)器學(xué)習(xí)模型庫(kù)，成功用于表征飛機(jī)、船舶、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜武器系統(tǒng)的物理特性，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)，熱力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以用來(lái)評(píng)價(jià)由傳統(tǒng)方法和工具生成的復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，計(jì)算速度比緊耦合有限元流體動(dòng)力學(xué)模型快10萬(wàn)倍。機(jī)器學(xué)習(xí)模型庫(kù)可以在配備大型NVIDIA圖形處理器的Linux服務(wù)器上運(yùn)行，并且可以配置計(jì)算能力。

2、 美國(guó)海軍使用數(shù)字孿生技術(shù)驗(yàn)證林肯號(hào)航空母艦

2019年10月，美國(guó)海軍信息戰(zhàn)系統(tǒng)司令部宣布為“林肯”號(hào)航空母艦建立首個(gè)名為“數(shù)字林肯”的數(shù)字孿生體。該模型采用基于該模型的系統(tǒng)工程方法，將開(kāi)發(fā)過(guò)程由“設(shè)計(jì)-建造-測(cè)試”改為“模型分析-建造”。這種轉(zhuǎn)換響應(yīng)了國(guó)防部的數(shù)字轉(zhuǎn)換策略，提高了系統(tǒng)的可靠性和網(wǎng)絡(luò)安全性。在“數(shù)字林肯”戰(zhàn)斗機(jī)的幫助下，美軍對(duì)計(jì)劃于2020年交付的5個(gè)信息作戰(zhàn)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了虛擬測(cè)試，并計(jì)劃將數(shù)字戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)應(yīng)用于艾森豪威爾航空母艦。

3、俄羅斯航空工業(yè)穩(wěn)步推進(jìn)數(shù)字工廠

2019年，俄羅斯航空工業(yè)在政府計(jì)劃牽引和工業(yè)項(xiàng)目推動(dòng)下，以數(shù)字化技術(shù)為重要抓手促進(jìn)航空制造業(yè)發(fā)展。10月，俄羅斯按照“數(shù)字化技術(shù)”國(guó)家計(jì)劃的部署，針對(duì)區(qū)塊鏈、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、量子等7項(xiàng)技術(shù)制定2019～2024年發(fā)展路線圖，為俄航空工業(yè)發(fā)展數(shù)字化技術(shù)提供頂層戰(zhàn)略指導(dǎo)。與此同時(shí)，大型航空企業(yè)開(kāi)始研究引入各類數(shù)字化技術(shù)，推動(dòng)研制生產(chǎn)和服務(wù)系統(tǒng)向數(shù)字化模式轉(zhuǎn)變。4月，俄聯(lián)合發(fā)動(dòng)機(jī)制造集團(tuán)旗下土星公司啟動(dòng)智慧工廠計(jì)劃，全面推進(jìn)研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)等各環(huán)節(jié)數(shù)字化改造；10月，聯(lián)合飛機(jī)制造集團(tuán)啟動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型計(jì)劃，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)流程。

4、 用電子束控制單個(gè)原子有望開(kāi)啟“原子工程”新紀(jì)元

2019年5月，麻省理工學(xué)院和其他多國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在掃描透射電子顯微鏡（stem）中使用相對(duì)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(jí)上控制質(zhì)子。與使用探針控制原子相比，速度提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。研究人員首次用磷原子取代部分碳原子，實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯上不同摻雜原子的電子控制。這一發(fā)現(xiàn)有望最終用于制造量子計(jì)算設(shè)備或傳感器，開(kāi)啟“原子工程”的新時(shí)代。

5、 Ge驗(yàn)證用于添加劑制造的量子安全區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)

2019年5月，通用電氣為添加劑制造業(yè)開(kāi)發(fā)了一個(gè)區(qū)塊鏈交易平臺(tái)。平臺(tái)采用高度加密通信的數(shù)據(jù)集成工具，通過(guò)量子通信通道和超快量子密鑰分發(fā)技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可靠的量子安全網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，與設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、元器件和人員有關(guān)的每一個(gè)身份都可以自動(dòng)驗(yàn)證、認(rèn)證、記錄和管理，最大限度地保證了數(shù)據(jù)的完整性和安全性。在添加劑制造中，為原料粉向成品的數(shù)字化傳輸提供安全保障，滿足國(guó)防工業(yè)的需要。

6、 用于納米級(jí)3D打印的飛秒投影雙光子光刻技術(shù)

2019年10月，美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在《科學(xué)》雜志上發(fā)表聲明，開(kāi)發(fā)出一種可擴(kuò)展的納米/亞微米添加劑制造技術(shù)，稱為“飛秒投影雙光子光刻”。通過(guò)對(duì)超快激光在空間和時(shí)間上同時(shí)聚焦，實(shí)現(xiàn)了任意復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)下基于投影的亞微米分辨率逐層并行打印。與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)逐點(diǎn)雙光子光刻技術(shù)相比，該新技術(shù)可以在不降低分辨率的情況下提高生產(chǎn)速率3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，促進(jìn)雙光子光刻技術(shù)在機(jī)械光學(xué)超光學(xué)材料和微光學(xué)器件中的實(shí)際應(yīng)用。柔性電子器件和其他微納結(jié)構(gòu)。

7、 Orbex制造全球最大的添加劑制造集成金屬火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

2019年2月，英國(guó)orbex公司宣布，SLM解決方案激光選擇性熔化（SLM）設(shè)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(fā)動(dòng)機(jī)。奧巴克斯說(shuō)，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是由世界上最大的添加劑鎳合金制成的。由于沒(méi)有焊縫和接頭，結(jié)構(gòu)重量減少了30%，能夠承受極端的溫度和壓力波動(dòng)。與傳統(tǒng)數(shù)控加工相比，縮短了90%的加工時(shí)間，節(jié)約了50%以上的成本。

8、 美軍采用超高強(qiáng)度鋼粉激光選擇性熔煉制造坦克發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪風(fēng)扇

2019年2月，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室披露，美國(guó)空軍最初研制的用于星爆彈的af96合金鋼被轉(zhuǎn)化為粉末，通過(guò)選擇性激光熔煉工藝成功打印出阿布拉姆斯M1主戰(zhàn)坦克渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉輪風(fēng)扇，并已交付使用供使用。印刷用af96合金的強(qiáng)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(yīng)用前景

9、 下一代陶瓷裝甲功能梯度材料添加劑制造技術(shù)的突破

2019年12月，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和加利福尼亞大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種具有多材料和在線混合能力的直接寫入成形系統(tǒng)，并將其與Lulz BOT TAZ 6商用臺(tái)式3D打印機(jī)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(fù)合材料。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)材料的精確輸送，提高基于注射器的直寫系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止響應(yīng)，并具有獨(dú)特的在線混合能力，并可形成梯度分量，為研究功能設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)合陶瓷裝甲彈道性能的影響提供了重要途徑。

10、 NASA大型內(nèi)肋殼旋壓成形技術(shù)的工程應(yīng)用

2019年9月，美國(guó)航天局宣布，“內(nèi)表面大型管材整體成形工藝縱向強(qiáng)化”項(xiàng)目正式完成，技術(shù)成熟度達(dá)到工程應(yīng)用水平。該項(xiàng)目于2011年啟動(dòng)。針對(duì)“航天****系統(tǒng)”重型運(yùn)載火箭低溫推進(jìn)劑貯箱，突破了內(nèi)加筋管旋壓/滾壓復(fù)合成形工藝，完成了直徑3米管的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。與傳統(tǒng)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(fèi)減少5%，成本降低50%?？捎糜谶\(yùn)載火箭、導(dǎo)彈殼體和飛機(jī)機(jī)身的制造。

11、 超快激光焊接陶瓷技術(shù)的重大突破

2019年8月，加州大學(xué)宣布開(kāi)發(fā)一項(xiàng)由DARPA資助的新型陶瓷超快激光焊接技術(shù)。這種技術(shù)可以在室溫下進(jìn)行。激光功率小于50瓦，焊接時(shí)間短，能耗低。它比需要在爐內(nèi)加熱零件的陶瓷焊接技術(shù)更實(shí)用。通過(guò)將能量集中在目標(biāo)區(qū)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(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法用于測(cè)試陶瓷焊接件的真空度。結(jié)果表明，該器件符合軍用電子器件的包裝標(biāo)準(zhǔn)。

12、 德國(guó)研制了船用鋼鋁激光焊接新工藝

2019年5月，德國(guó)漢諾威激光中心領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)聯(lián)合研究小組開(kāi)發(fā)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(fù)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(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，通過(guò)可調(diào)激光束功率控制焊接深度，保證焊縫質(zhì)量。激光焊接接頭的強(qiáng)度與爆炸噴涂相同，激光焊接鋁合金的屈服強(qiáng)度提高了52%

13、 Spirit開(kāi)發(fā)新的復(fù)合材料成型技術(shù)制造下一代機(jī)身

2019年6月，精靈航空系統(tǒng)在巴黎航展上推出了下一代大容量單通道機(jī)身復(fù)合材料制造技術(shù)，以及該技術(shù)制造的機(jī)身面板樣品“先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)與革命性結(jié)構(gòu)”，尺寸為5.5m×3.7m，采用蒙皮桁架梁整體設(shè)計(jì)和蒸壓固化預(yù)浸料技術(shù)，有效解決了傳統(tǒng)機(jī)身桁梁和蒙皮的不連續(xù)性能問(wèn)題，為下一代單通道飛機(jī)機(jī)身生產(chǎn)提供了降低成本和提速的要求。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和制造工藝相比，新結(jié)構(gòu)和新工藝可降低制造成本30%。

14、 歐盟資助的新型金屬?gòu)?fù)合連接技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)

在歐盟地平線2020計(jì)劃的支持下，夫瑯和費(fèi)研究院牽頭實(shí)施了“交換”項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)金屬?gòu)?fù)合連接新技術(shù)，用于制造鋼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料零件，用于局部功能加固，以滿足航天等領(lǐng)域的減重節(jié)能要求。新型復(fù)合連接技術(shù)采用激光變形和激光輔助鋪帶技術(shù)，屬于機(jī)械連接。局部精密加熱可減少變形和殘余應(yīng)力，且不需要額外的后處理或粘結(jié)劑，特別適合大規(guī)模生產(chǎn)

15、 移動(dòng)機(jī)器人有望實(shí)現(xiàn)大型航天零件的精密加工

2019年6月，西門子與德國(guó)弗勞恩霍夫制造技術(shù)與先進(jìn)材料研究所研發(fā)出一種機(jī)器人，可以在工件周圍自由移動(dòng)進(jìn)行加工，解決了航空航天大型零件精密加工設(shè)備、耗時(shí)費(fèi)力的加工站轉(zhuǎn)移等問(wèn)題，自動(dòng)導(dǎo)向小車作為移動(dòng)加工機(jī)器人的基礎(chǔ)平臺(tái)，重量6噸，具有足夠的剛度，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行精密加工。六軸機(jī)器人作為加工平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)位移的精確驅(qū)動(dòng)和精確測(cè)量。移動(dòng)機(jī)器人加工的零件質(zhì)量相同，同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)機(jī)器人可以減少30%以上的生產(chǎn)時(shí)間。

16、 美軍大力推動(dòng)冷噴涂技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

冷噴涂技術(shù)具有涂層厚度不受限制、與基體固相連接、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，受到美軍的高度重視。2019年，美軍大力推進(jìn)冷噴涂技術(shù)在裝備制造和維修領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，取得重要突破。為提高戰(zhàn)備水平，美軍圍繞戰(zhàn)場(chǎng)金屬和聚合物基復(fù)合材料部件冷噴涂等現(xiàn)代關(guān)鍵需求，支持了近4000萬(wàn)美元的技術(shù)研發(fā)。今年8月，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和地面車輛系統(tǒng)中心聯(lián)合研發(fā)了冷噴涂工藝，成功用于M2“布拉德利”戰(zhàn)車炮塔和炮塔的維修，大大降低了維修成本，提高了系統(tǒng)可用性。

17、 美國(guó)發(fā)明的“原子裝甲”涂層的強(qiáng)度是鋼的200倍

洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)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(qiáng)200倍。它具有很低的滲透性和高的化學(xué)穩(wěn)定性。它能阻擋顆粒和氣體，不會(huì)與要保護(hù)的表面發(fā)生反應(yīng)。該涂料具有優(yōu)異的透明性和導(dǎo)電性，可用于夜視鏡、集成電路、光電器件等環(huán)境敏感設(shè)備的防護(hù)，有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)不影響設(shè)備的性能。未來(lái)，“原子裝甲”將與油漆混合，這也將保護(hù)飛機(jī)和船舶部件免受腐蝕。

18、 新技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球首個(gè)大規(guī)模全碳納米管CMOS芯片制備

2019年8月，在DARPA的“電子復(fù)興計(jì)劃”的支持下，麻省理工學(xué)院采用多層垂直堆疊結(jié)構(gòu)和一種新的碳納米管技術(shù)來(lái)制造世界上第一個(gè)大規(guī)模全碳納米管互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）微處理器芯片。麻省理工學(xué)院提出了一些創(chuàng)新技術(shù)，如選擇性機(jī)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(zhì)量一致性問(wèn)題。新工藝簡(jiǎn)單可行，與主流硅基CMOS工藝完全兼容，為實(shí)際生產(chǎn)全碳納米管CMOS微處理機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

19、 新的激光加工技術(shù)大大提高了二維半導(dǎo)體材料的光學(xué)效率

2019年4月，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一種新的激光加工技術(shù)。通過(guò)鈍化單層二硫化鉬（MoS2）材料的缺陷，使材料的光致發(fā)光強(qiáng)度提高200倍。新型激光加工技術(shù)利用激光輻照水分子和半導(dǎo)體材料的光催化反應(yīng)機(jī)理，對(duì)硫空位進(jìn)行鈍化處理，具有效率高、效果穩(wěn)定、工藝條件簡(jiǎn)單、精度高等特點(diǎn)。二維半導(dǎo)體材料的光學(xué)效率有了很大的提高，推動(dòng)了新型光電傳感器、納米激光器、光電探測(cè)器、柔性電子器件的發(fā)展，為器件的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑。有望促進(jìn)光電器件的小型化和高效率。

二十。單片機(jī)和多傳感器MEMS器件制造技術(shù)的突破

在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持下，美國(guó)Yinggan公司只使用單一的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）平面工藝平臺(tái)來(lái)制備單芯片多傳感器MEMS，這大大簡(jiǎn)化了集成傳感器的制備過(guò)程。它解決了傳統(tǒng)的組合式集成傳感器制造通常需要兩個(gè)工藝平臺(tái)：COMS和硅基MEMS，工藝復(fù)雜，制造成本高的問(wèn)題。該裝置開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，體積大，為多傳感器與信號(hào)處理器的集成開(kāi)發(fā)提供了新的思路。

來(lái)源：世界先進(jìn)制造技術(shù)