【深度好文】3D打印如何變革軍工業(yè)

3D打印技術(shù)不僅是軍方下游生產(chǎn)端的一種高效技術(shù)手段,，更將成為變革軍工業(yè)供應(yīng)鏈條的重要推動(dòng)力量。近年來,，3D打印成為全球媒體熱詞,。由于具備快速,、精確,、定制化、遠(yuǎn)程制造,、減少浪費(fèi)等優(yōu)勢(shì),，該項(xiàng)技術(shù)被普遍視為全球先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一,。

今年8月，蘭德公司三名研究人員——西蒙?維羅尼歐,、杰弗里?托靈頓和雅克布?赫拉夫卡聯(lián)名發(fā)表了名為《3D打�,。合冗M(jìn)制造技術(shù)帶動(dòng)供應(yīng)鏈變革》的調(diào)查報(bào)告。報(bào)告特別指出了3D打印技術(shù)在國(guó)防,、航天,、核武器等軍工產(chǎn)業(yè)中的重要作用，認(rèn)為3D打印技術(shù)不僅是軍方下游生產(chǎn)端的一種高效技術(shù)手段,，更將成為變革軍工業(yè)供應(yīng)鏈條的重要推動(dòng)力量,。

三大優(yōu)勢(shì)

蘭德公司的三位研究人員認(rèn)為，從車輛,、飛機(jī)到軍用艦船,，3D打印技術(shù)帶來的生成式設(shè)計(jì)理念、多功能部件和新型材料,，將顛覆性地改變軍品和民品的生產(chǎn)制造模式乃至運(yùn)輸方式,。具體看來，3D打印技術(shù)主要包括增材制造和數(shù)控加工兩個(gè)主要步驟,，與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比,，其在軍工領(lǐng)域具有突出優(yōu)勢(shì)。

增材制造技術(shù)可有效減少對(duì)原材料的浪費(fèi),。增材制造又被稱為快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping),，是基于數(shù)字化圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，采用原材料逐層累加的方法進(jìn)行產(chǎn)品制造的先進(jìn)技術(shù),。打個(gè)比方,，傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)就像做木雕一樣，是通過切削機(jī)床給整塊材料做減法,，過程中會(huì)產(chǎn)生大量的原料浪費(fèi),。而增材制造技術(shù)則更像是一幅沙雕作品，以金屬粉末,、顆�,；蚪饘俳z材為原材料，逐層堆積累加而成,，材料浪費(fèi)自然大大減少,。

同時(shí)，與大規(guī)模同質(zhì)化生產(chǎn)模式不同,，增材制造技術(shù)通常與數(shù)控機(jī)床配合使用,，這樣就能根據(jù)實(shí)際需求、以較低的成本對(duì)產(chǎn)品細(xì)節(jié)進(jìn)行微調(diào),，對(duì)于創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)大有助益,。例如,，美國(guó)Harry S. Truman號(hào)航空母艦就曾在八個(gè)月航期內(nèi)，用兩臺(tái)3D打印機(jī)設(shè)計(jì)并制造出一種能減少漏油的油罐漏斗,、一個(gè)帶有特殊防護(hù)蓋的電燈開關(guān)和一個(gè)用于加強(qiáng)對(duì)講機(jī)信號(hào)的小型裝置,。

此外，3D打印技術(shù)對(duì)軍事制造業(yè)的變革,，不僅體現(xiàn)在創(chuàng)新,、升級(jí)武器裝備工藝方面，更表現(xiàn)在完善軍需供給方式上,。英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志曾在2016年11月發(fā)表文章指出,，便攜式3D打印機(jī)非常便于運(yùn)輸，這就像是給作戰(zhàn)部隊(duì)配備了一個(gè)可以隨時(shí)隨地設(shè)計(jì)制造軍需品的小工廠,。綜合來看,，3D打印技術(shù)比較適合那些對(duì)于產(chǎn)品特性或外形有特殊定制需求，且制造地點(diǎn)不便于物流運(yùn)輸或遠(yuǎn)離配送中心的情況,，而這些優(yōu)勢(shì)恰好可以滿足前方作戰(zhàn)部隊(duì)即時(shí)打印關(guān)鍵部件,、“隨打隨用”的需求，并大大省去運(yùn)輸成本,。

相反地,，對(duì)于那些需求穩(wěn)定、產(chǎn)品類型單一,、沒有特殊時(shí)限要求,、配送鏈條成熟完善的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域而言，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)則會(huì)相應(yīng)減少,。這意味著,，傳統(tǒng)制造技術(shù)在短期內(nèi)仍不會(huì)被淘汰。

快速普及

當(dāng)前,，3D打印技術(shù)已進(jìn)入向軍用,、商用和民用領(lǐng)域快速普及的階段。從發(fā)展軌跡來說,，3D打印技術(shù)的應(yīng)用要經(jīng)歷四個(gè)階段：第一階段會(huì)有部分領(lǐng)域的極少數(shù)企業(yè)出于引領(lǐng)創(chuàng)新的目的率先實(shí)踐,；第二階段會(huì)漸漸邁入工業(yè)化生產(chǎn)的門檻；第三階段會(huì)有更多企業(yè)加入到應(yīng)用新技術(shù)的大軍中來,；第四階段技術(shù)門檻將繼續(xù)降低,，直至向普通民眾敞開大門。

蘭德公司的報(bào)告認(rèn)為,，截至2016年,，3D打印技術(shù)已經(jīng)走過了前兩個(gè)發(fā)展階段，正在向軍用,、商用和民用領(lǐng)域快速滲透普及,。其中,，最具代表性的例子是,，目前全球各大發(fā)達(dá)城市陸續(xù)涌現(xiàn)出一些“微觀制造實(shí)驗(yàn)室”(Fabrication Labrotory,，簡(jiǎn)稱Fab-lab)。這類實(shí)驗(yàn)室起源于本世紀(jì)初的美國(guó),，通過采用先進(jìn)的材料技術(shù),、信息技術(shù)和3D制造工藝，成為一個(gè)可以打印任何產(chǎn)品和工具的迷你型工廠,。

各國(guó)軍方對(duì)此類實(shí)驗(yàn)室寄予厚望,。例如，美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)就在今年8月宣布,，將對(duì)一個(gè)名為X-FAB的便攜式3D打印實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行技術(shù)評(píng)估,。X-FAB占地面積約為6平方米，擁有4臺(tái)3D打印機(jī),、1臺(tái)掃描儀和若干臺(tái)便攜式軍用計(jì)算機(jī),。有了這類實(shí)驗(yàn)室，軍方以往需花費(fèi)幾周甚至幾個(gè)月訂購(gòu)才能獲得的零部件,，現(xiàn)在只要一天乃至幾個(gè)小時(shí)就能被打印出來,。

除了快速、靈活設(shè)計(jì)制造的能力外,，X-FAB的另一大特點(diǎn)是可隨軍運(yùn)載,。它的總重量?jī)H為4.8噸，可以被“折疊”收納在集裝箱中,，由中型卡車隨軍運(yùn)載,。美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，4名陸戰(zhàn)隊(duì)士兵在2個(gè)小時(shí)內(nèi)就能完成X-FAB的架設(shè)工作,。

產(chǎn)權(quán)保護(hù)

蘭德公司在報(bào)告中選出了當(dāng)今在3D打印技術(shù)領(lǐng)域最為領(lǐng)先的九個(gè)國(guó)家,。無論是在專利總量還是在各類技術(shù)的發(fā)展水平上，美國(guó)和日本均處于領(lǐng)先地位,，不分伯仲,。不過，報(bào)告認(rèn)為,，中國(guó)是3D技術(shù)領(lǐng)域的“后起之秀”,，整體實(shí)力不容小覷。與從1980年代中期就開始發(fā)力的美國(guó)不同,，中國(guó)的大部分技術(shù)成果都是在2005年之后逐漸取得突破的,。

總體而言，目前中國(guó)在3D打印技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展存在“偏科”的問題,。在冶金和特殊機(jī)床領(lǐng)域,，研發(fā)力度和實(shí)力遠(yuǎn)超美,、日等國(guó)。報(bào)告認(rèn)為,，這兩項(xiàng)技術(shù)對(duì)發(fā)展航空,、輕型材料、裝甲產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要,。然而,，在表面涂層、視聽,、半導(dǎo)體等一批相關(guān)專項(xiàng)技術(shù)方面,，中國(guó)與全球技術(shù)水平頂尖的國(guó)家仍有不小的差距。

報(bào)告提出,，美,、日之所以在3D打印領(lǐng)域技術(shù)實(shí)力超群，與兩國(guó)政企的多年苦心經(jīng)營(yíng)和協(xié)同合作密不可分,。2014年,，美國(guó)國(guó)防分析研究所曾針對(duì)全球近4000項(xiàng)增材制造專利進(jìn)行過一次調(diào)查，結(jié)果顯示,，絕大多數(shù)研發(fā)成果都是由各國(guó)私營(yíng)機(jī)構(gòu)獨(dú)立完成的,，只有少部分獲得過政府相關(guān)機(jī)構(gòu)的資助。

但是,，私營(yíng)機(jī)構(gòu)對(duì)3D打印技術(shù)的熱衷并不能取代政府所扮演的角色,。恰恰相反，由于該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大,，美,、日等面臨本國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型壓力的大國(guó)政府在3D打印技術(shù)的早期研發(fā)階段投入巨大。美國(guó)國(guó)防分析研究所的調(diào)查數(shù)據(jù)也表明,，在美國(guó),，私營(yíng)機(jī)構(gòu)的專利總數(shù)雖多，但其中最重要的六項(xiàng)基礎(chǔ)性技術(shù)——光固化,、粉體熔化成型,、材料擠制成型、粘結(jié)劑噴射,、薄片層疊和輪廓工藝,，有兩項(xiàng)都直接受到美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助。

蘭德公司的報(bào)告還提出,，明確知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬和設(shè)立生產(chǎn)許可門檻,，應(yīng)成為各國(guó)政府發(fā)展3D打印技術(shù)過程中需特別注意的問題。沒有明確有力的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)舉措，將挫傷私營(yíng)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的積極性,；不設(shè)立一定的生產(chǎn)許可門檻,，軍品打印技術(shù)的普及將嚴(yán)重危害社會(huì)安全與秩序。

來源：財(cái)經(jīng)國(guó)家周刊
文/瞭望智庫(kù)助理研究員 云賀

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