本文探討了3D打印能力的潛力，可以通過支持下游生產(chǎn)來改變供應(yīng)鏈叁利。相比于傳統(tǒng)減材制造（SM）技術(shù)，3D技術(shù)更多的是使用增材制造（AM）技術(shù)盒咪。

由于AM技術(shù)的快速發(fā)展完各，對管理大型、多樣化供應(yīng)鏈組織的3D打印能力的重新評估是合理的瘟麻。AM在各領(lǐng)域廣泛商用右婚，從玩具制造到工具和原型，同時新的應(yīng)用也在加速發(fā)展钮咱。美國政府對AM的興趣也在增長耍才。美國能源部國家實驗室正在使用AM技術(shù)來制造自然界原本不存在的新材料的研究項目，如可以提供結(jié)構(gòu)化功能的輕量的框架和天線般甲。美國國防部也認(rèn)為肋乍，應(yīng)用AM技術(shù)有潛力為易磨損、昂貴或難以獲得的部件提供插入式替換敷存，支持維護墓造、修理和操作。

3D打印應(yīng)用帶來了許多挑戰(zhàn)锚烦，無論使用的是哪種制造技術(shù)觅闽。考慮到AM技術(shù)的快速發(fā)展，本文很大一部分將側(cè)重于AM具體的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)蛉拙。對于供應(yīng)鏈的技術(shù)不可知的影響尸闸，我們將利用3D打印的擴展定義。

為了幫助國防部了解3D打印技術(shù)應(yīng)用的廣度孕锄，以及為了支持這些努力可能需要的結(jié)構(gòu)和政策變化吮廉，蘭德國防研究所進行了一個探索性項目，來發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)在軍事環(huán)境中的潛在用途和好處畸肆。這一項目對3D打印技術(shù)進行全面的追蹤宦芦，從它的源頭到它的潛力，從而改變美國國防部的供應(yīng)鏈闺酬。我們描述了3D打印技術(shù)的各種應(yīng)用哟口，并提供了一個框架，幫助國防部考慮3D打印在維護瑟捡、修理和操作(MRO)環(huán)境中的未來影響棠雌。我們還分析了美國在AM技術(shù)發(fā)展和采用方面的戰(zhàn)略競爭平衡。最后占航，我們將討論這些新技術(shù)對國防部采購和其他計劃過程的廣泛影響旬城。

(一) 增材制造的演進

1984年，日本墙议、法國和美國同時提交了有關(guān)AM的專利确缩，標(biāo)志著AM開始商用。到20世紀(jì)80年代末90年代初久挖，出現(xiàn)了四種創(chuàng)造性的AM方法：立體光刻技術(shù)（由美國3D Systems公司開發(fā)）缎苞；實體磨削固化（由以色列的Cubital有限公司用的技術(shù)）；選擇性激光燒結(jié)（由德克薩斯大學(xué)奧斯汀先驅(qū)）歹对；層壓對象制造（由Helisys售碳，Inc.首次推出）。1989至2015年AM 的年復(fù)合增長率達(dá)26.2%绞呈。

從時間維度上看贸人，，生產(chǎn)模式的演變是線性的佃声，但可以看到AM作為本地化生產(chǎn)的回歸：回歸到工匠艺智。3D打印提供了在本地生產(chǎn)高品質(zhì)零件并且能夠根據(jù)特定需求進行響應(yīng)的能力，就像工匠們一樣圾亏。 雖然對普通人群而言十拣，采用AM類似于每個家庭中擁有一名獨立的工匠，但對國防部和商業(yè)應(yīng)用志鹃，AM的愿景還在于生產(chǎn)車間模式夭问，該模式側(cè)重于根據(jù)當(dāng)前需求提供高度快速響應(yīng)的產(chǎn)品供應(yīng)給最終用戶泽西，包括軍隊。

(二) 3D打印的未來發(fā)展

基于3D打印市場的潛在規(guī)模缰趋，項目考慮這項技術(shù)可以為國防部和其他類似的供應(yīng)方帶來哪些好處捧杉。在研究這個問題時，我們確定了潛在影響3D打印發(fā)展的兩個主要因素：（1）需求來源與供應(yīng)鏈的相對隔離（或連通性）桶辉；（2）需求的特定性（或可變性）募型。需求越隨機，與分銷中心（例如杠尘，前向運營基地或船舶）的距離跨度越大债鼎，3D打印技術(shù)的影響就越大。在需求穩(wěn)定渗蜀，與現(xiàn)有供應(yīng)鏈連接良好的地方，3D打印滲透的機會就很少撕陈。

為了進一步探索3D打印的未來選擇历喊，我們開發(fā)了一種“四機解決方案”，它采用了fab-lab模型生凯，可用于在遠(yuǎn)程環(huán)境中支持下游MRO法竭。雖然機器的確切尺寸和能力可能因空間和環(huán)境限制（例如，航空母艦與驅(qū)逐艦啥葡，或主要物流基地與前瞻性基地）而有所不同蚣殴，但該fab-lab配置將提供一整套功能。工廠實驗室由以下組件組成：

數(shù)控銑床政模；

金屬合金AM機岗宣；

塑料復(fù)合材料AM機；

計算機斷層掃描（CT）計量機

CT掃描/ X射線組合淋样。

因要生產(chǎn)部分的復(fù)雜度和尺寸不同耗式，每種機器所需的生產(chǎn)時間也不同。

要了解3D打印對DoD的價值趁猴，將3D打印生態(tài)系統(tǒng)概念的成本與其將替代的整個供應(yīng)鏈流程的成本（包括進行交易和采購部分需要審批所需的時間）進行比較是非常重要的刊咳。由于國防部要考慮到惡劣環(huán)境中MRO的選擇，因此將本地生產(chǎn)中使用晶圓廠實驗室的成本與集中生產(chǎn)系統(tǒng)的成本進行比較儡司，必須涉及整個供應(yīng)鏈成本娱挨。

(三) 專利和戰(zhàn)略考慮

為了了解AM技術(shù)開發(fā)和采用的戰(zhàn)略競爭平衡，我們對某些國家的私營部門和國防部門的AM專利進行了評估捕犬。

對近4000項AM專利的分析發(fā)現(xiàn)跷坝，大部分的創(chuàng)造性AM專利由私有企業(yè)完成，政府支持的部分占比較小或听。就國別和領(lǐng)域看探孝，美國和日本的AM專利組合最強大和最多樣笋婿。幾乎在所有領(lǐng)域，日本和美國都是領(lǐng)導(dǎo)者迈堂。中國在冶金等特種機械方面發(fā)揮了強大的作用列啃，可以支持航空航天，輕質(zhì)材料耀佣，裝甲和模具的軍事和情報技術(shù)屉馋。

多功能組件、生成設(shè)計和可裁剪的材料屬性钳雄，將改變軍事和民用產(chǎn)品的制造方式伶段，從簡單的對象到完整的車輛、機身和船只匀枪。

(四) 結(jié)論和影響

3D打印技術(shù)在民用領(lǐng)域迅速發(fā)展汞坚。研究發(fā)現(xiàn)，這些技術(shù)的能力凿栅、穩(wěn)定性和成熟度已經(jīng)足以支撐經(jīng)濟有效的開發(fā)軍事和民用應(yīng)用梦立。因此，雖然以前AM僅在原型設(shè)計和異型零件制造方面占據(jù)重要位置涝露，但其未來將很可能廣泛采用在供應(yīng)鏈各個層面的MRO港遇。隨著新技術(shù)能力的發(fā)展， AM將成為未來組件和產(chǎn)品設(shè)計的核心参咙。多功能組件龄广、生成設(shè)計和可裁剪的材料屬性，將改變軍事和民用產(chǎn)品的制造方式蕴侧，從簡單的對象到完整的車輛择同、機身和船只。3D打印最悲觀的場景是將其簡單地視為我們當(dāng)前工具集中功能的替代品净宵。

美國軍方領(lǐng)導(dǎo)人雖然對AM在消費者領(lǐng)域的應(yīng)用仍不清楚奠衔，但AM在國防領(lǐng)域廣泛商用于工具、原型設(shè)計和MRO的條件已成熟塘娶。要推進3D打印技術(shù)归斤，DOD應(yīng)重點考慮四個關(guān)鍵因素：

實施3D打印技術(shù)將獲得潛在的顯著優(yōu)勢；

必須像網(wǎng)絡(luò)安全問題一樣刁岸，解決AM知識產(chǎn)權(quán)所有權(quán)和許可證問題脏里；

相對于其他參與者，包括日本虹曙、德國和英國等有強大工業(yè)基礎(chǔ)的盟國迫横，美國具有較大的優(yōu)勢；

考慮AM對軍事平臺的影響露您，必須修改現(xiàn)有的采購政策和流程飘缨。

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