3D打印并非武器界“神筆馬良”

魔猴君  行業(yè)資訊   2230天前

近日，美國陸軍工程師研發(fā)中心操作世界上最大的混凝土3D打印機(jī)，在40個(gè)小時(shí)內(nèi)打印出了一個(gè)46.45平方米的軍營小屋。

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圖① 全球最大導(dǎo)彈生產(chǎn)商雷神公司使用3D打印技術(shù)制作的導(dǎo)彈部件。

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圖② 美國海軍3D打印出迄今為止最小的無人機(jī)CICADA。

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圖③ 3D打印出F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)機(jī)機(jī)翼。

美國3D打印手槍余熱未減，近日，北約“三叉戟接點(diǎn)”軍演又傳出動(dòng)用3D打印備件修好了因寒冷而引起故障的卡車、坦克的消息?！?D打印制造備件可以立即交付，無需等待從倉庫運(yùn)部件來?！北奔s秘書長斯托爾滕·貝格在北約工業(yè)論壇上說。在修理過程中，有時(shí)卡車上一個(gè)2.51美金的滅火帽從美國運(yùn)輸過來就需要126天。

除了打印零部件，日前，韓國軍營還打印出了訓(xùn)練用地雷和迫擊炮彈，并預(yù)計(jì)將在2025年常規(guī)性采用3D打印設(shè)施。除此之外，英軍未來“科幻戰(zhàn)艦”也可能采用3D打印武器，包括打印無人機(jī)群、電磁炮或激光炮等。那么，通過3D打印技術(shù)制造的武器裝備能在戰(zhàn)場上大顯神威嗎？還是會(huì)因太過脆弱而被打趴？

適宜打印武器零部件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件

“從技術(shù)原理上講，3D打印可以滿足軍事上對(duì)普通裝備的需求，帶來一種移動(dòng)式、快捷性的備件保障模式?！眹揽萍即髮W(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對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示。“3D打印在軍事上是有特殊用途的?！避娛驴破兆骷矣岽T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。

始于1892年的3D打印技術(shù)受限于打印材料和打印方法，發(fā)展一直比較緩慢。近年來，3D打印產(chǎn)品才開始應(yīng)用于食品、建筑、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，隨著3D打印技術(shù)在金屬零部件制造上取得較大進(jìn)展，各大國開始探討其在武器裝備制造與修理中的應(yīng)用。

在武器裝備研制、制造、修理和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)等方面，3D打印應(yīng)用前景廣泛，除此之外，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)。

2012年，美國在重整制造業(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，還于2012年和2013年部署了兩個(gè)基于3D打印技術(shù)的移動(dòng)遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室，驗(yàn)證基于3D打印技術(shù)的裝備修理保障。

3D打印對(duì)軍用武器及設(shè)施修理療效顯著，能直接在戰(zhàn)場上把需要的零部件“打印”出來，及時(shí)、精準(zhǔn)完成受損裝備的修理保障，快速恢復(fù)作戰(zhàn)能力；從3D設(shè)計(jì)到部件加工的完成僅需幾小時(shí)到幾十小時(shí)，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(gè)生產(chǎn)過程數(shù)字化，可隨時(shí)修正、隨時(shí)制造，成形幾乎任意形狀的部件；特別是對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的制造周期明顯縮短；必要時(shí)可由后方設(shè)計(jì)人員根據(jù)前線修理需求臨時(shí)設(shè)計(jì)新的修理工具。

規(guī)模制造效率過慢且條件苛刻

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3D打印技術(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(huì)太大，效率低，強(qiáng)度和質(zhì)量堪憂。”俞碩舉例道，一臺(tái)3D打印機(jī)50分鐘左右生產(chǎn)一個(gè)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(gè)。除此之外，眾所周知，3D打印手槍和武器受材料性能限制，既不承壓也不受力，用幾次便會(huì)損壞。

國外發(fā)布的資料顯示，3D打印材料包括熱塑塑料、聚酰胺（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(jí)，滿足武器裝備絕大部分零部件的制作需求。

對(duì)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(duì)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?！彼赋?，3D打印作為一種制造技術(shù)受材料制約，除此之外，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(duì)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)，必需要依靠非常難的成形技術(shù)才能保證武器裝備的強(qiáng)度?！彼J(rèn)為，3D打印卡車是不可能的，不僅因?yàn)榭ㄜ嚦叽缣?，最關(guān)鍵的是卡車的梁與框架等受力部件都是沒有辦法打印的。

多位專家還指出，受技術(shù)、成本的限制，3D打印技術(shù)難以取代大規(guī)模流水線生產(chǎn)。除此之外，目前3D打印成品的精度還不盡如人意，打印效率還遠(yuǎn)不能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求?！翱ㄜ嚿a(chǎn)線一天生產(chǎn)成百上千輛，3D打印生產(chǎn)一輛可能好幾天?！庇岽T說。

發(fā)展更偏重部件多樣化與自身小型化

“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(gè)國家都能用上這個(gè)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(duì)中，但事實(shí)上它的軍事應(yīng)用落地還是很難?！庇岽T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)在提高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(bào)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(shí)驗(yàn)室隨軍前行是可以的，但必需是一米內(nèi)的小型集裝箱才能現(xiàn)實(shí)，用于打印小部件?！庇岽T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。除此之外，3D打印的效率也是將來應(yīng)用的重要考量，“半小時(shí)修復(fù)受損裝備是有價(jià)值的，如果要花一天時(shí)間那就沒價(jià)值了，修什么？敵人都來了?！庇岽T認(rèn)為，武器裝備零部件損壞，更現(xiàn)實(shí)的途徑是購買一個(gè)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)洞實(shí)驗(yàn)中是否能使用3D打印制成的飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭模型來獲取實(shí)驗(yàn)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(huì)高一些。朱啟超則表示，3D打印與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)芊窦嫒萑耘f取決于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所需模型的材料是否達(dá)標(biāo)。

來源：中國3D打印網(wǎng)