4D打印即将引发新一轮军事变革
商场中购买的鞋子可根据人脚的形状、大小自我调节;衣橱里琳琅满目的裙子可随人体形态自由变化;战士的武器可随战场环境自我改变适应……这些不是科幻,也不是幻想,4D打印将带领我们步入充满神奇的世界。
4D打印诞生于美国麻省理工学院的自动组装实验室。2013年3月,在技术、娱乐、设计大会上,该实验室首创4D打印技术,成功地把3D打印的绳子放置在水中,使其自我弯曲折成“MIT”(麻省理工学院的英文缩写)。此后,4D打印技术进入大众的视野,受到了全球的广泛关注,不断应用于工业、航天、医疗、军事等诸多领域。
4D打印是指初始材料经过3D打印后,在关键部位加入智能材料,形成的“半成品”遇到特定环境,无需人为干预,也不用动力能源,便可按照预先的设定进行“自我组装”“自我修复”,是一种能让材料快速成型的颠覆性技术。
利用4D技术打印出来的MIT字样
颠覆性技术的出现,往往最先应用于军事领域。3D打印在新军事变革中方兴未艾,4D打印又会带来什么样的未来战争呢?
“低成本”战争
4D打印将驱动节约型军事生产。不论是潜艇、空间站、宇宙飞船等大型武器装备的制造组装,还是智能防护服、特种枪支等高端小型武器装备的设计生产,对于研发单位和军工厂来说,研发、生产成本都是较高的。3D打印的出现,部分解决了制造生产的初期问题。复旦大学沈丁立教授对3D打印军事武器的原理有一个形象比喻:“传统的制造是一门雕刻技艺,对多余的部分做减法;而3D打印与之相反,我需要什么,才增加什么。”4D打印技术更进一步,在一体化打印的基础上实现了武器不同部件的可变形组装。
因而,4D打印简化了工业制造中的繁琐环节。设计者只要简单地编程,而无需生产机床等上游生产设备,部件与产品本身结构的难易程度将变得不再重要。英国宇航系统公司透露,“旋风”式战斗机部分零部件的一体化打印,预计可节省120万英镑的成本。产业链升级带来的绝不仅仅是数笔经费的节省,极有可能是造价颠覆式的革命。比如,航空母舰上的武器和配套装置,人造卫星、空间站以及宇宙飞船上的仪器装备,一旦出现某个零部件故障却无材料维修的窘境,带来的损失可能是一个天文数字。4D打印技术根本性地解决了“寸土寸金”的特殊环境下材料的安置问题。
哈佛大学的实验室利用4D技术制作出了能够自我变形的花朵
“快速化”战争
快速化战争首先体现在武器装备的生产制造上。毋庸置疑,4D打印下的军工生产将大大缩短武器升级周期,突破军事创新时间的阻碍。传统武器研发一般先模拟后制造,或者一边建物一边调整模拟效果。前期设计生产涉及到人员组织分工协同、构件生产运送组装,后期调整又涉及到部分构件重制、装备重组,甚至核心的改变。虽然整个流程结构高度紧密,但是环节则比较分散,冗长的产业链不可避免地拉长了武器装备的研发周期。4D打印让快速建模有了根本性的转变:硬件和软件的紧密结合将颠覆武器装备传统的需求导向—设计实验—制造研发流程,使设计建模到产品成型高度一体化,无需考虑复杂的模型结构、依赖高精尖的辅助设备,产品成品所需时间将大大缩短,这无疑将加快武器装备更新换代周期,为实现武器装备由批量化生产转向定制化制造提供了可能。
全球首支3D打印的手枪
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