淺談3D打印在軍事領(lǐng)域的特殊用途
2018-11-27
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(guò)逐層打印的方式來(lái)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(jì)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(guó)防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院國(guó)家安全與軍事戰(zhàn)略研究所所長(zhǎng)、國(guó)防科技戰(zhàn)略研究智庫(kù)研究員朱啟超表示“從技術(shù)原理上講,3D打印可以滿(mǎn)足軍事上對(duì)普通裝備的需求,帶來(lái)一種移動(dòng)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(chē)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(guó)關(guān)注和爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。
3D打印對(duì)軍用武器及設(shè)施維修療效顯著,能直接在戰(zhàn)場(chǎng)上把需要的零部件“打印”出來(lái),及時(shí)、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(jì)到零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(guò)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(guò)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零件;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(xiàn)維修需求臨時(shí)設(shè)計(jì)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(chēng)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(lèi),第一類(lèi)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(yōu)。”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)。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(huì)損壞。
國(guó)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(mén)工業(yè)產(chǎn)品采用的材料類(lèi)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(mǎn)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(méi)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(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(gè)國(guó)家都能用上這個(gè)技術(shù)。”朱啟超說(shuō),“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。”俞碩表示:“大部分國(guó)家還沒(méi)有應(yīng)用,主要是沒(méi)找到合適的軍事用途。”
資料顯示,未來(lái)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(mǎn)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(zhēng)迅速精確保障要求。據(jù)報(bào)道,美軍為戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)中使用。
“3D打印實(shí)驗(yàn)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(shí),用于打印小零件。”俞碩說(shuō),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(lái)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(méi)價(jià)值了,修什么?敵人都來(lái)了。”俞碩認(rèn)為,武器裝備零部件損壞,更現(xiàn)實(shí)的途徑是購(gòu)買(mǎi)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(lè)觀。”
至于風(fēng)洞試驗(yàn)中是否能使用3D打印制成的飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭模型來(lái)獲取試驗(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(lái)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)洞試驗(yàn)?zāi)芊窦嫒萑耘f取決于風(fēng)洞試驗(yàn)所需模型的材料是否達(dá)標(biāo)。
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