军用3D打印：能否驶入更广阔的“蓝海”
时间：2024-06-14 09:26 来源：中国军网 作者：admin 阅读：次
△3D打印过程渲染图。制 图：谢 安
近年来，3D打印技术在武器装备设计、制造以及维修保障等军事领域应用日益广泛。与此同时，3D打印技术在军事应用中的种种局限和缺点，也不容忽视。军用3D打印能否成为未来军事装备领域发展新的“蓝海”，有待于其瓶颈的进一步突破、潜力的进一步挖掘。“点石成金，聚沙成塔”的梦想变为现实
小时候，很多人都玩过这样的游戏——堆起一堆沙子，然后把它捏成一辆坦克或是一架飞机。如今，现代科学已经实现了这个魔法。只不过，捏沙子的手不是人手，而是机器。这项技术，就是号称未来可以打印万物的3D打印技术。3D打印思想起源于19世纪末，与之相伴生的是照相雕塑和地貌成形技术。现代意义上的3D打印技术，诞生于20世纪80年代。1986年，美国人查克·赫尔研发的3D打印技术获得专利，命名为立体光刻技术，后来开发出第一台商用3D打印机。3D打印技术从正式获得专利以来，如今已经经历近40年的风雨。总体来看， 3D打印技术目前进入快速发展期，部分领域已具备较高的技术水平。
近年来，基于3D打印技术在武器装备设计、制造以及维修保障等方面的应用前景，许多国家纷纷将目标对准军用3D打印，以期在武器装备发展上获得领先优势——
2012年8月，世界上第一把3D打印gun问世。和传统制造方式相比，由3D打印技术制造的枪械部件更精细、气体孔洞更少。
2014年1月，英国空军一架装配有3D打印金属部件的“旋风”战斗机试飞成功。
2015年3月，通过3D打印技术，俄罗斯莫斯科无线电技术科研所研制出“水鸭”两栖打击无人机。据悉，依据3D打印技术，工作人员仅用两个半月就实现了从概念到原型机的飞跃，生产耗时大大缩短，制造成本也有所降低。
美国一份题为《3D打印：先进制造技术促进供应链改革》的报告中指出，3D打印技术已进入向军用、商用和民用领域快速普及的阶段。
据统计数字显示，在全球13个主要国家所有涉及3D打印技术的用户中，军方的业务量正以平均每年1.2%的速度增长。这足以窥见各国对军用3D打印技术的热情。
这热情源自3D打印技术的精准、快速等优点。英国3D打印无人机防御系统研发团队负责人在报道中称，利用3D打印技术，他们轻松实施了传统基于模具的生产方法无法实现的设计标准。这体现在军事制造业生产模式上，除了按需便捷生产，3D打印技术还允许创建高级定制和专业化的设备。例如，士兵可以拥有定制的头盔、防弹衣等防护装备，可以在战场上快速为伤员打印假肢、关节，随时随地建造营房和防御工事等。
“点石成金，聚沙成塔”是人类永恒不变的梦想，而3D打印技术正在从物理意义上一点一点让这个梦想变为现实。
面对未来战场，适应性与风险性并存
与传统技术相比，3D打印技术有一个最突出的优点：无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而大幅缩短生产周期。比如，利用3D打印技术，一个人、一台电脑、一部打印机便可以组成一个“工厂”，这大大提高了生产速度，减少了时间成本。
此外，3D打印技术还能大幅降低武器装备的造价成本。在传统武器装备生产中，原材料经过切割、磨削、腐蚀等工序，最终形成零部件，然后被拼装、焊接成产品。在这个过程中，部分原材料被浪费。而通过3D打印技术，可直接在生产过程中根据计算机图形数据，打印出高精尖的武器装备与配件。同时能够实现按需取材，整个生产过程几乎不存在浪费原材料的现象。据悉，利用3D打印技术，美国一家公司制造的“爱国者”防空系统齿轮组件，其制造成本由原来的2-4万美元降低至1250美元，大大降低了造价成本。
快速、精确、浪费少等优点，使得3D打印技术具备较好的战场适应性，近年来，随着技术成熟度及性能的提升，3D打印技术在军事领域应用不断拓展，在武器装备设计、制造、维修等领域开始崭露头角。
设计方面——美国国家航空航天局在设计新一代大型运载火箭的核心部件时，利用大型3D打印机进行模具成型，制造设计部件。该3D打印机采用选择性激光熔炼技术，用激光将金属粉末加热成型，相比数控机床制造，既可以缩短制造时间，又可以提高制造精度，降低制造成本，一举多得。
制造方面——利用3D打印技术，2021年，法国某公司打印了一款螺旋桨。该螺旋桨由5个200公斤的叶片组成，然后被安装到一艘猎雷舰上。据介绍，除了大幅缩短交付时间外，该项目中的3D打印重新设计部件还可以提高能量和推力效率，甚至可以改善隐身行动中部件的声学特征。
维修方面——目前，3D打印技术在维修领域也日渐发挥作用。比如，多国在航空发动机维修应用中，利用3D打印技术制造维修所需要的零部件，解决了零部件短缺、采购难度大的问题，既节约了制造成本，又缩短了维修周期。
尽管3D打印技术具有较强的战场适应性，但在实际运用中存在的问题同样不容忽视。
第一，原材料问题。现阶段，可用于3D打印的材料种类并不多。面对发展如此之快的3D打印市场，如何开发出更多可适用的打印材料是首要的难题。同时，也有专家提出质疑，目前3D打印机相对比较笨重，再加上各种原材料的重量，反而会降低作战部队的机动速度。
第二，网络安全问题。因为3D打印机同时也是一台计算机，所以理论上来说，黑客能对计算机做什么，就同样能对3D打印机做什么。如果3D打印机被黑客攻击或者感染了病毒，黑客就可以对其进行编程，在打印项目中添加缺陷。这些缺陷如果到了战场，其巨大的破坏力不言而喻。
有待人工智能和新材料技术的“加持”
今年3月23日，全球首枚3D打印火箭点火升空，虽然未能成功入轨，却预示着3D打印技术作为一种革命性的制造方法，在航天、军事等领域应用的巨大潜力。
根据未来武器装备的研发生产需求以及现代化战争的需要，可以预见，未来3D打印将在人工智能和新材料技术的“加持”下，向低成本、高性能、智能化方向发展。
——3D打印系统将更加小型化便携化。
为了适应野外战场快速精确保障要求，提高武器装备研发以及损伤零部件维修的响应速度，未来3D打印系统将变得容易操作，更加方便携带。
——3D打印技术的材料将越来越多样，整体供给能力不断提升。
随着3D打印技术的飞速发展以及人们对打印材料需求的不断增加，科研人员未来将研发出更多不同种类的打印材料，更加聚焦野外战场快速精确保障要求，注重与传统制造技术相结合，开拓连续打印、大件打印、多材料打印等新的工艺方法，不断提高3D打印技术的速度、效率和精度。
——3D打印技术将更加智能，具备自适应、自组装甚至是自修复能力。
在人工智能技术“加持”下打印出的武器装备构件，能够在瞬息万变的战场条件下实现结构和功能的相应变化，从而提升环境适应性、优化性能、降低成本。类似“变形金刚”的智能变体坦克、大炮、飞机，或许很快就能出现在未来战场。
不难想象一个画面——
在未来信息化战场上，原本难度很大的受损武器维修工作将变得轻松：技术保障人员可随时启动携带的3D打印机，直接把所需的部件一个个“打印”出来，迅速组装，让武器重新投入战场。有了这种“克隆”武器的“移动兵工厂”，不仅可以在战时快速补充单兵作战消耗，还可以缩短新型武器的设计研发周期，提升武器装备的性能与生产效率……毋庸置疑，3D打印技术为武器部件尤其是高端武器部件制造带来了全新的成型工艺，在未来战争和提升国防实力中将扮演重要角色。如今，许多国家军队都制定了促进3D打印技术发展的相关计划。
作为一种正处于快速上升趋势的新技术，3D打印能否成为未来军事装备领域发展新的“蓝海”，让我们拭目以待。
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