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    军事领域科技角逐 3D打印引领新军事时代到来

    2019-03-01来源:3D帝国网

      作为当下关注度最高的快速成型技术,3D打印赋予制造业新的生产动能,带来全新的成型工艺和生产模式。但是3D打印并非率先发迹于制造业,而是发源于军方的“快速成型”技术,经过三十余年的发展,现在应用领域已经由军事层面逐步延伸到工业加工、航空航天、生物医疗、食品加工、房屋建筑等诸多领域,带来颠覆传统的制造工艺和创新理念,翻开智能制造崭新的一页。

      源于军事,服务于军事,是3D打印技术的重点应用,作为当下最先进的制造模式,3D打印技术或将带来军事技术革命和作战方式变革,并演变为一场世界性的科技角逐。

      目前,以美国、欧盟为代表的世界主要军事强国已经嗅到了这股浪潮的气息,纷纷制定标准、研发技术、推广应用,以期在新一轮军事变革中占据有利位置。

      3D打印成军事领域新较量

      美国陆军研究实验室测试了一款四旋翼无人机,该无人机独特之处在于其机身的绝大部分组件是通过3D打印技术制造出来的。依靠3D增材制造而成的ODSUAS无人机试飞表现抢眼,航速可以达到90km/h。其外壳和桨叶是通过3D打印增材制造,而发动机和动力装置则是提前生产准备好的。3D打印技术是美国陆军近年来非常重视的一个制造技术。站在战略层面来看,藉由该项技术可以大大缩短生产链,仅需预先准备一定数量的关键组件就可在补给站即时按需制造大量无人机,从而在战场上减少供应链的压力。

      中国第一款本土商用客机C-919、第一款舰载战斗机歼-15、多用途战斗轰炸机歼-16、第一款本土隐形战斗机歼-20及第五代战斗机歼-31的研发均使用了3D打印技术。其中,歼-25是中国3D打印技术运用到战机制造上最为成功的典范。这个号称“鬼鸟”的隐身战机采用了3D打印技术,可躲开世界主要国家装备的雷达,行动神秘似幽灵,故有“鬼鸟”之称。BWCHINESE中文网曾经报道声称,歼-25之所以具有卓越的隐身性能,秘诀之一就是它是完全采用3D打印技术的机型。

      澳大利亚国防部的下属机构国防科技集团(DST),正在使用3D打印技术修复军用飞机。虽然如何利用3D打印来进行飞机维修的公开细节还很稀缺,但公开资料显示了DST的几种思路:例如用3D打印破碎的飞机表面的复制品,能更好地了解裂纹是如何发生的,以及如何在未来得到预防。另一个提议是利用CAD软件(其中提到SolidWorks)及3D打印技术来创建减震组件。

      俄罗斯的军事实力不容小觑,其在3D打印上的应用同样走在前列。《透视俄罗斯》曾报道,国营企业俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机,重3.8公斤,翼展2.4米,飞行时速可达90至100公里,续航能力1至1.5小时。该公司用两个半月的时间实现了从概念到原型机的飞跃,实际生产耗时仅为31小时,制造成本不到20万卢布。

      如今3D打印技术被大量用于关键军事领域。航空母舰上的各种武器和配套装置、人造卫星的外部构造、火星探测器、空间站乃至宇宙飞船都能看到3D打印的身影。前沿科技和尖端军事的融合,带来国防军事领域的重大变革。

      3D打印改变武器装备工艺研发模式

      军事领域的武器装备需要大量的零配件,运用传统方式自制零配件需要各类机床,并经过“车、钳、洗、刨、磨”等复杂工序。与武器装备生产的传统工艺模式不同,3D打印技术集概念设计、技术验证与生产制造于一体。凡是能够通过计算机三维设计出的东西,都能利用3D打印机制造出来。这必将极大缩小武器装备从“概念”到“定型”的时间差,从而加快武器装备的更新周期。

      3D打印技术最突出的优点是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。这种增材制造技术以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体。在未来信息化战场上,技术保障人员可随时利用携带的3D打印机,直接把所需的部件一个一个地打印出来,装配起来就可以让武器装备重新投入战场。

      上世纪八九十年代,研发新一代战斗机至少要花10-20年的时间。而使用3D打印这种增材制造技术后,零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。资料表明,歼-10飞机研发用了近10年时间,而运用3D打印技术后,我国在3年时间内就推出了舰载机歼-15,直接跨入第三代舰载战斗机方阵。

      社会生产方式决定武器装备生产模式,3D打印技术正在引发一场军事制造业的革命,变化的不仅是武器装备工艺研发模式,还有军队的保障方式。

      未来战争中,利用3D打印技术,无论是武器装备,还是军需物资,都可能实现“DIY”,即由作战人员在战地自助生产所需的装备物资。

      美国陆军已将其第2个移动远程实验室部署到阿富汗地区。该实验室能通过使用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材生产加工成所需零部件,从而实现在战区内快速生产原型产品。

      3D打印技术降低武器装备造价成本

      除了能够提升武器装备的研发速度外,3D打印技术还能大幅降低武器装备的造价成本。

      传统的武器装备生产主要是做“减”法。原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序,除去多余部分形成零部件,然后被拼装、焊接成产品。这一过程中,将有90%的原材料被浪费掉。美国F-22战机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框,所需毛坯模锻件重达2796千克,而实际成型零件重量不足144千克, 材料的利用率仅为4.90%。相关专家指出,贵重材料的损耗已成为高科技武器装备造价居高不下的重要原因。

      与传统工艺不同,3D打印技术做的是“加”法。在武器装备及其配件生产过程中,无需原胚和模具,3D打印机可直接根据计算机图形数据,通过层层增加材料的方法“打印”出高精尖的武器装备与配件。由于是按需取材,整个生产过程几乎没有任何浪费。评估表明,如果美国计划生产的3100架F-35战机,完全运用3D打印技术制造零部件,可能节省数十亿美元成本。

      在军事领域,3D打印技术的重要价值还在于使得战场保障方式发生革命性变化:由以依托后方为主,变为以阵地“DIY”为主。

      3D打印技术辅助军事技术研究

      3D打印还可广泛应用于辅助军事技术研发。未来不仅小型枪支、简单物资可实现打印,军舰、飞机、坦克等大型、复杂的武器装备,甚至食物、军事基地等都可用3D打印机直接或间接“制造”出来。目前,美国军方已使用3D打印技术辅助制造某型导弹弹出式点火器模型,并取得了良好的效果。

      随着技术成熟度及性能的提升,3D打印技术近年来应用领域不断拓展,在武器装备设计、制造、维修等领域发挥着日益重要的作用。以美国为例,在设计方面,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;在制造方面,美国2013年开始使用3D打印技术批量生产喷气发动的燃料喷嘴。在轻型武器制造方面,2013年,美国“固体概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金属手枪,能够连续发射50发子弹并保持完好。在装备维修方面,2012年7月和2013年1月,美军先后部署了两个移动远征实验室,可以在战场上快速生成需要的零部件,甚至快速设计和生产急需的装备。此外,美国陆军还开发了一种轻质便宜的3D打印机,可以放到背包中,用于在战场中快速、便宜地制造替换零件。

      并非所有武器都可3D打印

      3D打印技术的发展与应用,可以弥武器装备设计、制造与维修保障能力的不足,提升研发效率,降低制造成本,提高维修保障时效性与精度。这是否意味着所有的武器在未来都需要用3D打印技术“打印”呢?

      其实不然,业内人士指出,只有当一个武器部件,以传统工艺来制造时成本高昂,且性能也达不到理想状态时,3D打印才可以说是一个较优的选择。低级技术可以制造的,比如手枪,就完全没有必要用3D打印技术来制造。目前3D打印在军事领域,仅适用于少批量、高精度、造型复杂的零部件的加工制造,还难以完全代替传统制造业大规模、大批量的加工制造优势。

      另外,目前3D打印技术虽然可能生产出手枪、子弹等武器,但远达不到实战标准。3D打印技术最大的价值在军事科技领域,它大部分情况下将被应用于武器装备的概念设计、技术验证,若将其直接用于实战,结果不会是“军事后勤革命”,而是“保障灾难”。

      结束语:3D打印技术为武器部件、尤其是高端武器部件制造带了全新的成型工艺,是未来军事装备领域发生技术革新的关键。甚至有人将3D打印视为实现未来军事战略的核心。毋庸置疑,3D打印在未来战争和提升国防实力中将扮演重要角色。或许在不久的将来,国家间新一轮军事实力的较量更多的表现为3D打印技术应用的较量。

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