軍用3D打印：能否駛入更廣闊的“藍海”

來源：中國軍網

近日，英國國防公司推出全球首個3D打印無人機防御系統(tǒng)。該系統(tǒng)輕便耐用，可產生高功率電磁信號以干擾和破壞無人機的控制指揮鏈路，進而消滅敵方無人機。據(jù)悉，整個系統(tǒng)大部分是通過3D打印技術生產，可在作戰(zhàn)現(xiàn)場進行打印。

3D打印技術，也稱增材制造，是一種以數(shù)字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體的技術，廣泛應用于建筑、汽車、航空航天、醫(yī)療等領域，被認為是21世紀最具顛覆意義的科技之一。

△3D打印過程渲染圖。制  圖：謝  安

近年來，3D打印技術在武器裝備設計、制造以及維修保障等軍事領域應用日益廣泛。與此同時，3D打印技術在軍事應用中的種種局限和缺點，也不容忽視。軍用3D打印能否成為未來軍事裝備領域發(fā)展新的“藍海”，有待于其瓶頸的進一步突破、潛力的進一步挖掘。

“點石成金，聚沙成塔”的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實

小時候，很多人都玩過這樣的游戲——堆起一堆沙子，然后把它捏成一輛坦克或是一架飛機。

如今，現(xiàn)代科學已經實現(xiàn)了這個魔法。只不過，捏沙子的手不是人手，而是機器。這項技術，就是號稱未來可以打印萬物的3D打印技術。

3D打印思想起源于19世紀末，與之相伴生的是照相雕塑和地貌成形技術。

現(xiàn)代意義上的3D打印技術，誕生于20世紀80年代。1986年，美國人查克·赫爾研發(fā)的3D打印技術獲得專利，命名為立體光刻技術，后來開發(fā)出第一臺商用3D打印機。

3D打印技術從正式獲得專利以來，如今已經經歷近40年的風雨。總體來看， 3D打印技術目前進入快速發(fā)展期，部分領域已具備較高的技術水平。

近年來，基于3D打印技術在武器裝備設計、制造以及維修保障等方面的應用前景，許多國家紛紛將目標對準軍用3D打印，以期在武器裝備發(fā)展上獲得領先優(yōu)勢——

2012年8月，世界上第一把3D打印gun問世。和傳統(tǒng)制造方式相比，由3D打印技術制造的槍械部件更精細、氣體孔洞更少。

2014年1月，英國空軍一架裝配有3D打印金屬部件的“旋風”戰(zhàn)斗機試飛成功。

2015年3月，通過3D打印技術，俄羅斯莫斯科無線電技術科研所研制出“水鴨”兩棲打擊無人機。據(jù)悉，依據(jù)3D打印技術，工作人員僅用兩個半月就實現(xiàn)了從概念到原型機的飛躍，生產耗時大大縮短，制造成本也有所降低。

美國一份題為《3D打印：先進制造技術促進供應鏈改革》的報告中指出，3D打印技術已進入向軍用、商用和民用領域快速普及的階段。

據(jù)統(tǒng)計數(shù)字顯示，在全球13個主要國家所有涉及3D打印技術的用戶中，軍方的業(yè)務量正以平均每年1.2%的速度增長。這足以窺見各國對軍用3D打印技術的熱情。

這熱情源自3D打印技術的精準、快速等優(yōu)點。英國3D打印無人機防御系統(tǒng)研發(fā)團隊負責人在報道中稱，利用3D打印技術，他們輕松實施了傳統(tǒng)基于模具的生產方法無法實現(xiàn)的設計標準。這體現(xiàn)在軍事制造業(yè)生產模式上，除了按需便捷生產，3D打印技術還允許創(chuàng)建高級定制和專業(yè)化的設備。例如，士兵可以擁有定制的頭盔、防彈衣等防護裝備，可以在戰(zhàn)場上快速為傷員打印假肢、關節(jié)，隨時隨地建造營房和防御工事等。

“點石成金，聚沙成塔”是人類永恒不變的夢想，而3D打印技術正在從物理意義上一點一點讓這個夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。

面對未來戰(zhàn)場，適應性與風險性并存

與傳統(tǒng)技術相比，3D打印技術有一個最突出的優(yōu)點：無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而大幅縮短生產周期。比如，利用3D打印技術，一個人、一臺電腦、一部打印機便可以組成一個“工廠”，這大大提高了生產速度，減少了時間成本。

此外，3D打印技術還能大幅降低武器裝備的造價成本。在傳統(tǒng)武器裝備生產中，原材料經過切割、磨削、腐蝕等工序，最終形成零部件，然后被拼裝、焊接成產品。在這個過程中，部分原材料被浪費。而通過3D打印技術，可直接在生產過程中根據(jù)計算機圖形數(shù)據(jù)，打印出高精尖的武器裝備與配件。同時能夠實現(xiàn)按需取材，整個生產過程幾乎不存在浪費原材料的現(xiàn)象。據(jù)悉，利用3D打印技術，美國一家公司制造的“愛國者”防空系統(tǒng)齒輪組件，其制造成本由原來的2-4萬美元降低至1250美元，大大降低了造價成本。

快速、精確、浪費少等優(yōu)點，使得3D打印技術具備較好的戰(zhàn)場適應性，近年來，隨著技術成熟度及性能的提升，3D打印技術在軍事領域應用不斷拓展，在武器裝備設計、制造、維修等領域開始嶄露頭角。

設計方面——美國國家航空航天局在設計新一代大型運載火箭的核心部件時，利用大型3D打印機進行模具成型，制造設計部件。該3D打印機采用選擇性激光熔煉技術，用激光將金屬粉末加熱成型，相比數(shù)控機床制造，既可以縮短制造時間，又可以提高制造精度，降低制造成本，一舉多得。

制造方面——利用3D打印技術，2021年，法國某公司打印了一款螺旋槳。該螺旋槳由5個200公斤的葉片組成，然后被安裝到一艘獵雷艦上。據(jù)介紹，除了大幅縮短交付時間外，該項目中的3D打印重新設計部件還可以提高能量和推力效率，甚至可以改善隱身行動中部件的聲學特征。

維修方面——目前，3D打印技術在維修領域也日漸發(fā)揮作用。比如，多國在航空發(fā)動機維修應用中，利用3D打印技術制造維修所需要的零部件，解決了零部件短缺、采購難度大的問題，既節(jié)約了制造成本，又縮短了維修周期。

盡管3D打印技術具有較強的戰(zhàn)場適應性，但在實際運用中存在的問題同樣不容忽視。

第一，原材料問題。現(xiàn)階段，可用于3D打印的材料種類并不多。面對發(fā)展如此之快的3D打印市場，如何開發(fā)出更多可適用的打印材料是首要的難題。同時，也有專家提出質疑，目前3D打印機相對比較笨重，再加上各種原材料的重量，反而會降低作戰(zhàn)部隊的機動速度。

第二，網絡安全問題。因為3D打印機同時也是一臺計算機，所以理論上來說，黑客能對計算機做什么，就同樣能對3D打印機做什么。如果3D打印機被黑客攻擊或者感染了病毒，黑客就可以對其進行編程，在打印項目中添加缺陷。這些缺陷如果到了戰(zhàn)場，其巨大的破壞力不言而喻。

有待人工智能和新材料技術的“加持”

今年3月23日，全球首枚3D打印火箭點火升空，雖然未能成功入軌，卻預示著3D打印技術作為一種革命性的制造方法，在航天、軍事等領域應用的巨大潛力。

根據(jù)未來武器裝備的研發(fā)生產需求以及現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，可以預見，未來3D打印將在人工智能和新材料技術的“加持”下，向低成本、高性能、智能化方向發(fā)展。

——3D打印系統(tǒng)將更加小型化便攜化。

為了適應野外戰(zhàn)場快速精確保障要求，提高武器裝備研發(fā)以及損傷零部件維修的響應速度，未來3D打印系統(tǒng)將變得容易操作，更加方便攜帶。

——3D打印技術的材料將越來越多樣，整體供給能力不斷提升。

隨著3D打印技術的飛速發(fā)展以及人們對打印材料需求的不斷增加，科研人員未來將研發(fā)出更多不同種類的打印材料，更加聚焦野外戰(zhàn)場快速精確保障要求，注重與傳統(tǒng)制造技術相結合，開拓連續(xù)打印、大件打印、多材料打印等新的工藝方法，不斷提高3D打印技術的速度、效率和精度。

——3D打印技術將更加智能，具備自適應、自組裝甚至是自修復能力。

在人工智能技術“加持”下打印出的武器裝備構件，能夠在瞬息萬變的戰(zhàn)場條件下實現(xiàn)結構和功能的相應變化，從而提升環(huán)境適應性、優(yōu)化性能、降低成本。類似“變形金剛”的智能變體坦克、大炮、飛機，或許很快就能出現(xiàn)在未來戰(zhàn)場。

不難想象一個畫面——

在未來信息化戰(zhàn)場上，原本難度很大的受損武器維修工作將變得輕松：技術保障人員可隨時啟動攜帶的3D打印機，直接把所需的部件一個個“打印”出來，迅速組裝，讓武器重新投入戰(zhàn)場。

有了這種“克隆”武器的“移動兵工廠”，不僅可以在戰(zhàn)時快速補充單兵作戰(zhàn)消耗，還可以縮短新型武器的設計研發(fā)周期，提升武器裝備的性能與生產效率……

毋庸置疑，3D打印技術為武器部件尤其是高端武器部件制造帶來了全新的成型工藝，在未來戰(zhàn)爭和提升國防實力中將扮演重要角色。如今，許多國家軍隊都制定了促進3D打印技術發(fā)展的相關計劃。

作為一種正處于快速上升趨勢的新技術，3D打印能否成為未來軍事裝備領域發(fā)展新的“藍海”，讓我們拭目以待。