近年來，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。在世界各國的廣泛關(guān)注與大力推進(jìn)下，近年來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，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)國家的發(fā)展重點(diǎn)。美國將3D打印技術(shù)列為國家重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，集全國之力進(jìn)行發(fā)展，搶占發(fā)展先機(jī)。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，并作為其“全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”首家研究中心的主要研究方向?！叭乐圃鞓I(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”是美國“制造創(chuàng)新國家網(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，主要研究對美國制造業(yè)發(fā)展具有重要作用的創(chuàng)新技術(shù)。我國也高度重視3D打印技術(shù)，采取多種措施推動其快速發(fā)展?？傃b備部、國防科工局、國家自然科學(xué)基金委員會等部門對鈦合金結(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?？萍疾空谥贫?D打印技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，必將進(jìn)一步推動其快速發(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，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，美國國防部和洛克希德·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)。

美國太空制造公司的太空3D打印技術(shù)的成熟度達(dá)到6級，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，完成實(shí)際系統(tǒng)并通過試驗(yàn)和驗(yàn)證，最終具備應(yīng)用于太空站維修、升級和延壽，載荷升級改進(jìn)，硬件太空制造等方面的能力，2014年向國際空間站運(yùn)送首臺3D打印機(jī)。我國的激光快速成形3D打印技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。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5米長的鈦金屬飛機(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)。但由于無法解決制造過程中鈦合金變形、斷裂等技術(shù)難題，美國始終只能生產(chǎn)小尺寸鈦合金部件和對鈦合金零件表面進(jìn)行修復(fù)[8]。近年，美國積極開展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，美國開始使用3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)噴氣發(fā)動的燃料噴嘴。在3D打印技術(shù)應(yīng)用于輕型物質(zhì)制造方面，2013年，美國“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)移動遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室，用于裝備維修保障。此移動遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)20英尺長的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，可通過卡車或直升機(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)精確保障。此外，美國陸軍開發(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)場中快速、便宜地制造替換零件。我國3D打印技術(shù)在武器裝備中的應(yīng)用已取得一定成績，是目前世界上唯一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)國產(chǎn)航空項(xiàng)目的原型機(jī)制造。我國自主研發(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)、高效制造技術(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。