【編者按】3D打印技術(shù)是增材制造技術(shù)的俗稱蝌购，是快速成形技術(shù)的一種，它是通過三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采用材料逐層累加械与，以及激光燒結(jié)铅阎、光照等固化手段制造實(shí)體零件的技術(shù)纫惰，相對于傳統(tǒng)的材料去除（切削加工）技術(shù)，是一種“自下而上”材料累加的制造方法歌饺。與傳統(tǒng)制造相比瓢疤，3D打印具有小批量制造成本低、速度快愤凭，復(fù)雜制造能力好窥窜，材料利用率高，適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)原俘，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)間划烫，減少研制費(fèi)用，提高武器裝備性能竿刁，降低武器裝備成本黄锤，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)下食拜，近年來3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用不斷取得突破鸵熟，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)影響负甸。

一流强、3D打印技術(shù)不斷取得突破，軍事應(yīng)用取得重要進(jìn)展

近年來呻待，3D打印技術(shù)日益受到重視打月，關(guān)鍵技術(shù)研究不斷取得突破，性能不斷提升带污，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用取得重要進(jìn)展僵控，進(jìn)入發(fā)展與應(yīng)用的快車道。

（一）3D打印技術(shù)日益受到重視鱼冀，成為各國全力搶奪的戰(zhàn)略重點(diǎn)

隨著快速成型技術(shù)报破、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)用前景日益凸顯柔睡，成為多個(gè)國家的發(fā)展重點(diǎn)烘梭。

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)展棺莱，搶占發(fā)展先機(jī)螺子。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)之一陕券，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偏笋。“全美制造業(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)新研究所組成莱艺，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)捉痰。

我國也高度重視3D打印技術(shù)，采取多種措施推動(dòng)其快速發(fā)展榄集『裕總裝備部、國防科工局苗率、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)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)資助碉渡，取得了顯著成績∧赴科技部正在制定3D打印技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略滞诺，必將進(jìn)一步推動(dòng)其快速發(fā)展。

（二）3D打印技術(shù)不斷取得突破环疼，技術(shù)成熟度及性能不斷提升

近年來铭段，3D打印技術(shù)的研究穩(wěn)步推進(jìn)，取得系列重要進(jìn)展秦爆，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)展憔披，技術(shù)成熟度及性能顯著提升等限，初步達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平。2012年芬膝，美國Sciaky公司的新型電子束3D打印技術(shù)取得重要突破望门，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)的鈦锰霜、鉭筹误、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)到要求谊某。3D Systems公司的激光熔融技術(shù)取得重要進(jìn)展坷顽，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(jí)订岗，具備在太空中的模型或樣機(jī)演示能力喇喂，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(jí)囊骆，完成實(shí)際系統(tǒng)并通過試驗(yàn)和驗(yàn)證雪奠，最終具備應(yīng)用于太空站維修、升級(jí)和延壽筏匪，載荷升級(jí)改進(jìn)踪启，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(tái)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)先水平茧天。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)窄悍，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)佃戈。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)诅福。

（三）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拖叙，3D打印技術(shù)近年來應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展氓润，在武器裝備設(shè)計(jì)、制造薯鳍、維修等領(lǐng)域發(fā)揮日益重要的作用咖气。

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)挖滤，利用大型Makerbot 3D打印機(jī)進(jìn)行模具成型崩溪，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)斩松，用激光將金屬粉末加熱成型伶唯，相比數(shù)控機(jī)床制造，既可以縮短制造時(shí)間惧盹，又可以提高制造精度乳幸，降低制造成本，一舉多得钧椰。

制造方面粹断，3D打印技術(shù)在大型、復(fù)雜部件制造等方面的應(yīng)用不斷取得突破刻吵。2002年恼孩，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苦突、斷裂等技術(shù)難題牙硫，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)。近年街剂，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校社。美國軍方和軍工企業(yè)正與3D Systems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)用渣碌。2013年欠怕，美國開始使用3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)噴氣發(fā)動(dòng)的燃料噴嘴。在3D打印技術(shù)應(yīng)用于輕型物質(zhì)制造方面饰样，2013年潘所，美國“固體概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金屬手槍，能夠連續(xù)發(fā)射50發(fā)子彈并保持完好。

維修方面怠褐，美國已開始部署基于3D打印技術(shù)的維修保障裝備畏梆。2012年7月和2013年1月，美軍部署了兩個(gè)移動(dòng)遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室奈懒，用于裝備維修保障奠涌。此移動(dòng)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)磷杏，利用3D打印機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制設(shè)備將鋁溜畅、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极祸，甚至快速設(shè)計(jì)和生產(chǎn)急需的裝備慈格，實(shí)現(xiàn)及時(shí)精確保障。此外遥金，美國陸軍開發(fā)了一種輕質(zhì)便宜的3D打印機(jī)浴捆，可以放到背包中，用于在戰(zhàn)場中快速稿械、便宜地制造替換零件选泻。

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)用的國家寿宅。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)制造吟芜。我國自主研發(fā)的大型客機(jī)C919的主風(fēng)擋窗框、大中央翼根肋耐浙，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)重量营慷，提高了戰(zhàn)機(jī)的推重比慢荧，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)揮了重要作用朽慕。

總體來看松奖，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)水平盹挑，取得初步的應(yīng)用成果赃慰，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)展階段假刘，還存在可打印原材料少纪尊，打印精度較低、速度較慢判哥，打印成本高等問題献雅，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)挺身、高效制造技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步侯谁，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。

二章钾、3D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將對武器裝備發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響

受技術(shù)墙贱、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)贱傀，但其不需要模具惨撇，可實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到零件的直接轉(zhuǎn)化，完成快速窍箍、自由的制造串纺，將在武器裝備的設(shè)計(jì)，復(fù)雜椰棘、昂貴部件的制造纺棺，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)生積極的影響丰倾。

（一）小批量制造成本低助苫、速度快，可顯著降低武器裝備研制風(fēng)險(xiǎn)齿雕、縮短研制時(shí)間

武器裝備越來越復(fù)雜条馍，研制時(shí)只有通過多輪的設(shè)計(jì)-原型機(jī)生產(chǎn)-試驗(yàn)-修改設(shè)計(jì)-原型機(jī)再生產(chǎn)-再試驗(yàn)過程，通過原型機(jī)重復(fù)試驗(yàn)才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并修正赂相。但原型機(jī)的產(chǎn)量極小寓鳄，采用傳統(tǒng)制造方式的時(shí)間長、成本高晋挑，造成武器裝備研制的周期長跛孕，費(fèi)用高。美國F-35戰(zhàn)斗機(jī)因?yàn)檠兄七^程中的反復(fù)實(shí)驗(yàn)與制造肄寻，造成研制時(shí)間多次延長舟鲁，研制費(fèi)用顯著增加。3D打印技術(shù)不需要傳統(tǒng)制造方式的鑄錠串锁、制胚坡沿、模具、模鍛等過程钾埂，可以快速河闰、低成本地進(jìn)行原型機(jī)生產(chǎn)，且整個(gè)生產(chǎn)過程數(shù)字化,可隨時(shí)修正褥紫、隨時(shí)制造淤击，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的驗(yàn)證性試驗(yàn)匠抗，從而顯著降低研制風(fēng)險(xiǎn)、縮短研制時(shí)間污抬、降低研制費(fèi)用汞贸。NASA在“好奇號(hào)”火星車和新一代大型運(yùn)載火箭設(shè)計(jì)中，已采用3D打印技術(shù)進(jìn)行零件的快速制造印机。我國新型戰(zhàn)斗機(jī)起落架的關(guān)鍵零部件等也采用激光快速成形技術(shù)制造矢腻，極大地縮短了研制周期。

（二）復(fù)雜制造能力好射赛，可完成傳統(tǒng)方法難以完成的制造多柑，提高武器裝備性能

3D打印技術(shù)不需要預(yù)先制作模型，是真正的自由制造,可以成型幾乎任意形狀的零件楣责，對具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件特別有效平俘。如制造復(fù)雜的鈦合金結(jié)構(gòu)部件，具有復(fù)雜內(nèi)部冷卻通道的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片玻温，內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的坦克裝甲等關(guān)鍵武器零部件猴豁。3D打印技術(shù)還能顯著提高零部件的關(guān)鍵性能。采用激光燒結(jié)技術(shù)制造的零件具有超過或者等同于鍛件的性能级闭，特別是高溫悲碰、持久、抗疲勞等性能本洁。如采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)制造的飛機(jī)起落架用超高強(qiáng)度鋼泻磅，其抗疲勞強(qiáng)度可比鍛件高20%，制造的渦輪葉片的900度疲勞強(qiáng)度可以比第二代單晶高40%搔片。此外煞松，3D打印技術(shù)還可用于局部成份控制，生產(chǎn)局部材料屬性（如折射率脸缆、導(dǎo)電性芳争、磁性、硬度等）可控的功能梯度材料城也，使材料呈現(xiàn)出一些特殊的性能。DARPA正在資助用3D打印機(jī)打印梯度折射率透鏡（石英）的研究窃躲，可用于研制光學(xué)隱身斗篷计贰。

（三）材料利用率高，可有效降低先進(jìn)武器生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)的制造是“減材制造”蒂窒，通過在原材料坯件上進(jìn)行切削躁倒、擠壓等操作，把多余的原料去除洒琢，加工出所需部件形狀秧秉，加工過程中去除的原材料難以回收利用褐桌，原材料浪費(fèi)嚴(yán)重。如美國F-22戰(zhàn)斗機(jī)中尺寸最大鈦合金整體加強(qiáng)框零件的重量不足144千克象迎，而毛坯模鍛件重達(dá)2796千克荧嵌，鈦合金材料的利用率不到5.2%。昂貴材料的大量浪費(fèi)砾淌，直接推高武器裝備的成本啦撮，使得武器裝備越來越難以承受。美國F-22戰(zhàn)斗機(jī)的成本超過2億美元汪厨，即使美國這樣的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國也難以大量承擔(dān)例是。3D打印只在需要的地方添加原材料，材料利用率極高蛙檐，能夠充分利用昂貴的原材料狐怯，顯著降低武器裝備的成本。如采用激光成形技術(shù)贪犁，C919飛機(jī)中央翼根肋的精坯重量僅為136千克颜肥，相比傳統(tǒng)制造方法1607千克的鍛件毛坯，可以節(jié)省91.5%的昂貴的鈦合金材料园湘。

（四）具備快速制造不同零部件的能力奴万，可有效提升武器裝備維修保障的實(shí)時(shí)性、精確性

當(dāng)前单墓，裝備維修保障主要采取冗余備份的方式个荔，即預(yù)先準(zhǔn)備大量零部件，在裝備受損時(shí)進(jìn)行替換返工。由于裝備受損情況難以預(yù)測易贿，這種方式容易產(chǎn)生保障不足和保障過量兩種情況。保障不足時(shí)將因?yàn)轭A(yù)先準(zhǔn)備的配件少而影響武器裝備的及時(shí)修復(fù)嫡纠，保障過量時(shí)將因?yàn)轭A(yù)先準(zhǔn)備的配件過多而增大保障壓力烦租。3D打印技術(shù)具備快速制造不同零部件的能力，只要有電子設(shè)計(jì)圖紙及打印材料除盏，可根據(jù)需要快速打印出各種部件叉橱。應(yīng)用于維修保障時(shí)，可在戰(zhàn)場快速打印出受損部件者蠕，及時(shí)精確地完成受損裝備的維修保障窃祝，快速恢復(fù)作戰(zhàn)能力。認(rèn)識(shí)到3D打印技術(shù)在提高裝備維修保障中潛在的巨大作用踱侣，美國積極探索3D打印技術(shù)在裝備維修保障中的應(yīng)用粪小，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)的裝備維修保障抡句。

三探膊、結(jié)束語

加快3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用是彌補(bǔ)我國當(dāng)前武器裝備設(shè)計(jì)杠愧、制造與維修保障能力的不足，提升研發(fā)效率逞壁，降低制造成本流济，提高維修保障時(shí)效性與精度的有效途徑。我國3D打印技術(shù)在鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形等方向居于世界領(lǐng)先地位侄侨，但整體水平仍有很大的提升空間兄哮。應(yīng)著眼武器裝備長遠(yuǎn)發(fā)展，統(tǒng)籌規(guī)劃气凫，匯聚各方面力量推動(dòng)3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用参匀，為實(shí)現(xiàn)“能打仗、打勝仗”的目標(biāo)提供技術(shù)支撐市协。一是將3D打印技術(shù)作為我國制造業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵昭仓，軍民融合、整合資源瞬芒，集全國之力進(jìn)行發(fā)展凯辆；二是針對當(dāng)前存在的問題，加強(qiáng)材料技術(shù)3D打印核心關(guān)鍵技術(shù)研究接吠，改變我國核心關(guān)鍵設(shè)備受制于人的狀況宜裂；三是積極探索3D打印技術(shù)在武器裝備建設(shè)中的應(yīng)用，以應(yīng)用牽引技術(shù)發(fā)展方向與重點(diǎn)缕圣。

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