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淺談3D打印在軍事領(lǐng)域的特殊用途
3D打印技術(shù)，一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。主要運(yùn)用于：醫(yī)療行業(yè)、傳統(tǒng)制造業(yè)、航空航天行業(yè)、文物保護(hù)行業(yè)、建筑設(shè)計行業(yè)、配件飾品行業(yè)等。下面，跟大家分享一下3D打印在軍事領(lǐng)域的特殊用途：
國防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院國家安全與軍事戰(zhàn)略研究所所長、國防科技戰(zhàn)略研究智庫研究員朱啟超表示“從技術(shù)原理上講，3D打印可以滿足軍事上對普通裝備的需求，帶來一種移動式、快捷性的備件保障模式”。“3D打印在軍事上是有特殊用途的”，軍事科普作家俞碩舉例道：當(dāng)卡車的液壓管路接頭或者點(diǎn)火帽在緊急情況下出現(xiàn)故障，3D打印可以緩解燃眉之急。
在武器裝備研制、制造、維修和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)等方面，3D打印應(yīng)用前景廣泛，此外，偽裝防護(hù)設(shè)備制作、后勤保障以及醫(yī)療部件及救助用具制作的應(yīng)用也逐漸增多，因而逐漸成為世界軍事強(qiáng)國關(guān)注和爭奪的焦點(diǎn)。
3D打印對軍用武器及設(shè)施維修療效顯著，能直接在戰(zhàn)場上把需要的零部件“打印”出來，及時、精準(zhǔn)完成受損裝備的維修保障，快速恢復(fù)作戰(zhàn)能力；從3D設(shè)計到零件加工的完成僅需幾小時到幾十小時，不需要傳統(tǒng)制造方式的鑄錠、制胚、模具、模鍛等過程，可以快速低成本地進(jìn)行原型機(jī)生產(chǎn)；整個生產(chǎn)過程數(shù)字化，可隨時修正、隨時制造，成形幾乎任意形狀的零件；特別是對復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的制造周期明顯縮短；必要時可由后方設(shè)計人員根據(jù)前線維修需求臨時設(shè)計新的維修工具。
傳統(tǒng)制造是以多余材料去除和切削加工為主的減材制造，3D打印是一種“自下而上”材料累加的制造方法，被稱為增材制造技術(shù)。相關(guān)資料顯示，3D打印已經(jīng)有十幾種成形方法，主要分為兩類，第一類是基于激光技術(shù)的成形方法，比如立體光刻、選擇性激光燒結(jié)等；第二種是非激光技術(shù)的快速成形方法，比如三維打印、熔絲沉積等。
然而，這種方式制造的軍用裝備顯露出了不可避免的缺陷。“一層一層打印的方式?jīng)Q定軍用打印成品一般尺寸不會太大，效率低，強(qiáng)度和質(zhì)量堪憂。”俞碩舉例道，一臺3D打印機(jī)50分鐘左右生產(chǎn)一個小型備件，而傳統(tǒng)基于模型澆注的方式可能一分鐘就能生產(chǎn)好幾個。此外，眾所周知，3D打印gun和武器受材料性能限制，既不承壓也不受力，用幾次便會損壞。
國外發(fā)布的資料顯示，3D打印材料包括熱塑塑料、尼龍、特制剛性透明材料、聚丙烯、鈦合金、碳纖維等近20種，涵蓋了目前絕大部門工業(yè)產(chǎn)品采用的材料類型，加上現(xiàn)有3D打印技術(shù)制作的零部件最大尺寸可達(dá)立方米級，滿足武器裝備絕大部分零部件的制作需求。
對此，朱啟超持懷疑態(tài)度：“難在打印材料是否符合要求。特種裝備對材料要求極高，比如合金就涉及到金屬材料的配比，這直接影響裝備的使用壽命，否則打印產(chǎn)品不符合要求也沒法使用。”他指出，3D打印作為一種制造技術(shù)受材料制約，此外，零部件使用中需要承受何種程度的高溫、高壓、耐腐蝕環(huán)境，也是需要考慮的。否則，3D打印即使可以打印出外形漂亮的產(chǎn)品，但也可能不敷使用。俞碩對此看法也表示了認(rèn)同：“如果武器裝備要在高溫、高壓環(huán)境中作戰(zhàn)，必須要依靠非常難的成形技術(shù)才能保證武器裝備的強(qiáng)度。”
“從世界范圍看，軍事上3D打印不是很普遍，畢竟作為新型制造技術(shù)還在探索中，也不是每個國家都能用上這個技術(shù)。”朱啟超說，“盡管現(xiàn)在這種技術(shù)出現(xiàn)在了北約軍隊中，但事實上它的軍事應(yīng)用落地還是很難。”俞碩表示：“大部分國家還沒有應(yīng)用，主要是沒找到合適的軍事用途。”
資料顯示，未來3D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域的發(fā)展主要體現(xiàn)在提升材料多樣性以滿足武器裝備零部件多樣性需求；3D打印系統(tǒng)向小型化方向發(fā)展，適應(yīng)野外戰(zhàn)爭迅速精確保障要求。據(jù)報道，美軍為戰(zhàn)場官兵研發(fā)了一款小型3D打印機(jī)，可以放在官兵的背包中并在戰(zhàn)場中使用。
“3D打印實驗室隨軍前行是可以的，但必須是一米內(nèi)的小型集裝箱才能現(xiàn)實，用于打印小零件。”俞碩說，如果真的扛著房子大小的設(shè)施前行，在軍事上非常礙事。此外，3D打印的效率也是將來應(yīng)用的重要考量，“半小時修復(fù)受損裝備是有價值的，如果要花一天時間那就沒價值了，修什么？敵人都來了。”俞碩認(rèn)為，武器裝備零部件損壞，更現(xiàn)實的途徑是購買一個新的，只有在偏遠(yuǎn)地區(qū)3D打印機(jī)才適用，“它的效費(fèi)比很低，大概打印上千次產(chǎn)品才能收回成本。因此普遍性隨軍前行不樂觀。”
至于風(fēng)洞試驗中是否能使用3D打印制成的飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭模型來獲取試驗數(shù)據(jù)，俞碩認(rèn)為，這些復(fù)雜模型傳統(tǒng)工藝做起來比較復(fù)雜，3D打印的效率反而會高一些。朱啟超則表示，3D打印與風(fēng)洞試驗?zāi)芊窦嫒萑耘f取決于風(fēng)洞試驗所需模型的材料是否達(dá)標(biāo)。
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