【中國(guó)智能制造網(wǎng) 學(xué)術(shù)論文】近年來(lái)，3D打印技術(shù)日益受到重視，關(guān)鍵技術(shù)研究不斷取得突破，性能不斷提升，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用取得重要進(jìn)展，進(jìn)入發(fā)展與應(yīng)用的快車道。3D打印將在武器裝備的設(shè)計(jì)，復(fù)雜、昂貴部件的制造，以及維修保障等方面得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)武器裝備發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。 

深度解析3D打印技術(shù)對(duì)武器裝備發(fā)展的影響
 

　　3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造相比，3D打印具有小批量制造成本低、速度快，復(fù)雜制造能力好，材料利用率高，適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于武器裝備發(fā)展時(shí)能夠顯著縮短武器裝備研制時(shí)間，減少研制費(fèi)用，提高武器裝備性能，降低武器裝備成本，提高維修保障時(shí)效性與精度。在世界各國(guó)的廣泛關(guān)注與大力推進(jìn)下，近年來(lái)3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用不斷取得突破，顯示了良好的軍事應(yīng)用前景，將對(duì)武器裝備的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
 

　　一、3D打印技術(shù)不斷取得突破，軍事應(yīng)用取得重要進(jìn)展
 

　　近年來(lái)，3D打印技術(shù)日益受到重視，關(guān)鍵技術(shù)研究不斷取得突破，性能不斷提升，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用取得重要進(jìn)展，進(jìn)入發(fā)展與應(yīng)用的快車道。
 

　　1.3D打印技術(shù)日益受到重視，成為各國(guó)全力搶奪的戰(zhàn)略重點(diǎn)
 

　　隨著快速成型技術(shù)、材料技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景日益凸顯，成為多個(gè)國(guó)家的發(fā)展重點(diǎn)。美國(guó)將3D打印技術(shù)列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，集全國(guó)之力進(jìn)行發(fā)展，搶占發(fā)展先機(jī)。2012年，美國(guó)在重整制造業(yè)計(jì)劃中將3D打印技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的11項(xiàng)技術(shù)之一，并作為其“全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”研究中心的主要研究方向。“全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”是美國(guó)“制造創(chuàng)新國(guó)家網(wǎng)絡(luò)”計(jì)劃的產(chǎn)物，由15家制造業(yè)創(chuàng)新研究所組成，主要研究對(duì)美國(guó)制造業(yè)發(fā)展具有重要作用的創(chuàng)新技術(shù)。 我國(guó)也高度重視3D打印技術(shù)，采取多種措施推動(dòng)其快速發(fā)展?？傃b備部、國(guó)防科工局、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)等部門對(duì)鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形進(jìn)行了持續(xù)多年的重點(diǎn)資助，取得了顯著成績(jī)。科技部正在制定3D打印技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，必將進(jìn)一步推動(dòng)其快速發(fā)展。
 

　　2.3D打印技術(shù)不斷取得突破，技術(shù)成熟度及性能不斷提升
 

　　近年來(lái)，3D打印技術(shù)的研究穩(wěn)步推進(jìn)，取得系列重要進(jìn)展，技術(shù)成熟度及性能不斷提升。美國(guó)3D打印技術(shù)研究取得重要進(jìn)展，技術(shù)成熟度及性能顯著提升，初步達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平。 2012年，美國(guó)Sciaky公司的新型電子束3D打印 技術(shù)取得重要突破，具備大型金屬部件加工能力，美國(guó)國(guó)防部和洛克希德·馬丁公司準(zhǔn)備將其用于生產(chǎn)F-35戰(zhàn)斗機(jī)的鈦、鉭、鉻鎳鐵合金等高價(jià)值材料的高品質(zhì)零部件，前期檢測(cè)全部達(dá)到要求。 3DSystems公司的激光熔融技術(shù)取得重要進(jìn)展，美國(guó)空軍將在此基礎(chǔ)上開發(fā)用于打印F-35戰(zhàn)斗機(jī)和其他武器系統(tǒng)的3D打印機(jī)。
 

　　美國(guó)太空制造 公司的太空3D打印技術(shù)的成熟度達(dá)到6級(jí)，具備在太空中的模型或樣機(jī)演示能力，2012年11月獲得NASA的第二階段合同，進(jìn)一步將技術(shù)成熟度提升到8級(jí)，完成實(shí)際系統(tǒng)并通過(guò)試驗(yàn)和驗(yàn)證，終具備應(yīng)用于太空站維修、升級(jí)和延壽，載荷升級(jí)改進(jìn)，硬件太空制造等方面的能力，2014年向空間站運(yùn)送首臺(tái)3D打印機(jī)。 我國(guó)的激光快速成形3D打印技術(shù)已達(dá)到水平。北京航空航天大學(xué)已掌握使用激光快速成形技術(shù)制造超過(guò)12平方米的復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的技術(shù)，并成功應(yīng)用于武器裝備研制，相關(guān)成果“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”獲2012年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。西北工業(yè)大學(xué)掌握了一次打印超過(guò)5米長(zhǎng)的鈦金屬飛機(jī)部件的3D打印技術(shù)。
 

　　3.3D打印技術(shù)應(yīng)用不斷拓展與深化，技術(shù)效益不斷發(fā)揮
 

　　隨著技術(shù)成熟度及性能的提升，3D打印技術(shù)近年來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，在武器裝備設(shè)計(jì)、制造、維修等領(lǐng)域發(fā)揮日益重要的作用。 設(shè)計(jì)方面，美國(guó)NASA在設(shè)計(jì)新一代大型運(yùn)載火箭的核心部件時(shí)，利用大型Makerbot3D打印機(jī)進(jìn)行模具成型，制造設(shè)計(jì)部件。此3D打印機(jī)采用選擇性激光熔煉技術(shù)，用激光將金屬粉末加熱成型，相比數(shù)控機(jī)床制造，既可以縮短制造時(shí)間，又可以提高制造精度，降低制造成本，一舉多得。 制造方面，3D打印技術(shù)在大型、復(fù)雜部件制造等方面的應(yīng)用不斷取得突破。
 

　　2002年，美國(guó)開始將激光成形鈦合金零件裝上戰(zhàn)機(jī)試驗(yàn)。但由于無(wú)法解決制造過(guò)程中鈦合金變形、斷裂等技術(shù)難題，美國(guó)始終只能生產(chǎn)小尺寸鈦合金部件和對(duì)鈦合金零件表面進(jìn)行修復(fù)[8]。近年，美國(guó)積極開展3D打印技術(shù)生產(chǎn)大型鈦合金部件的研究。美國(guó)軍方和軍 工企業(yè)正與3DSystems和Sciaky等3D打印技術(shù)公司合作，推進(jìn)大尺寸鈦合金3D打印技術(shù)在戰(zhàn)斗機(jī)制造上的應(yīng)用。
 

　　2013年，美國(guó)開始使用3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)噴氣發(fā)動(dòng)的燃料噴嘴。在3D打印技術(shù)應(yīng)用于輕型物質(zhì)制造方面，2013年，美國(guó)“固體概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金屬gun，能夠連續(xù)發(fā)射50發(fā)子彈并保持完好。 維修方面，美國(guó)已開始部署基于3D打印技術(shù)的維修保障裝備。2012年7月和2013年1月，美軍部署了兩個(gè)移動(dòng)遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室，用于裝備維修保障。此移動(dòng)遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)20英尺長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，可通過(guò)卡車或直升機(jī)運(yùn)送至任何地點(diǎn)，利用3D打印機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制設(shè)備將鋁、塑料和鋼 材等原材料加工成所需零部件。
 

　　此舉可以在戰(zhàn)場(chǎng)快速生成需要的零部件，甚至快速設(shè)計(jì)和生產(chǎn)急需的裝備，實(shí)現(xiàn)及時(shí)保障。此外，美國(guó)陸軍開發(fā)了一種輕質(zhì)便宜的3D打印機(jī)，可以放到背包中，用于在戰(zhàn)場(chǎng)中快速、便宜地制造替換零件。 我國(guó)3D打印技術(shù)在武器裝備中的應(yīng)用已取得一定成績(jī)，是目前世界上掌握鈦合金大型主承力構(gòu)件激光快速成形制造技術(shù)并工程應(yīng)用的國(guó)家。北京航空航天大學(xué)和西北大學(xué)的3D打印技術(shù)已成功應(yīng)用于多個(gè)國(guó)產(chǎn)航空項(xiàng)目的原型機(jī)制造。我國(guó)自主研發(fā)的大型客機(jī)C919的主風(fēng)擋窗框、大中央翼根肋，以及正在設(shè)計(jì)的新型戰(zhàn)斗機(jī)的鈦合金主體結(jié)構(gòu)都采用激光快速成形技術(shù)制造，有效降低了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，提高了戰(zhàn)機(jī)的推重比，并縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，在新型戰(zhàn)斗機(jī)的快速研制中發(fā)揮了重要作用。
 

　　總體來(lái)看，3D打印技術(shù)的發(fā)展已取得重要進(jìn)展，部分領(lǐng)域已具備較高的技術(shù)水平，取得初步的應(yīng)用成果，顯示了良好的發(fā)展前景。但3D打印技術(shù)尚處于技術(shù)發(fā)展階段，還存在可打印原材料少，打印精度較低、速度較慢，打印成本高等問(wèn)題，制約了其在武器裝備中的進(jìn)一步應(yīng)用。隨著材料技術(shù)、高精度控制技術(shù)、制造技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，3D打印技術(shù)必將在武器裝備發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。