美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室利用3D打印將工具交付周期縮短90%以上

2025年6月28日，南極熊獲悉，在美國(guó)F-35閃電II聯(lián)合項(xiàng)目辦公室（JPO）的指導(dǎo)下，海軍航空系統(tǒng)司令部（NAVAIR）東部艦隊(duì)?wèi)?zhàn)備中心（FRCE）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的專家團(tuán)隊(duì)通過(guò)增材制造技術(shù)，成功滿足了對(duì)2000個(gè)O形圈安裝工具的緊急采購(gòu)需求。這一突破性的案例展示了3D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。

3D打印向軍方緊急采購(gòu)遞交滿意答卷

JPO負(fù)責(zé)管理美國(guó)以及盟友和合作伙伴使用的第五代聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)（JSF）系統(tǒng)的全生命周期，要求采購(gòu)2000個(gè)O形圈安裝工具。這些工具是手動(dòng)使用的，旨在將橡膠密封圈（O形圈）無(wú)損地安裝到精密飛機(jī)部件上。東部艦隊(duì)?wèi)?zhàn)備中心創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的兩位專家迅速響應(yīng)，開始處理這一請(qǐng)求。他們首先確定了實(shí)驗(yàn)室中哪種增材制造技術(shù)最適合這一特定任務(wù)。

首席工程師Jeremy Bunting認(rèn)為O形圈安裝工具非常適合采用數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。因此，他和技術(shù)員Ken Murphy打印了20個(gè)測(cè)試批次，供F-35閃電支援團(tuán)隊(duì)的當(dāng)?shù)卮�表以及�?lián)合項(xiàng)目辦公室進(jìn)行評(píng)估。在對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些調(diào)整并由支援團(tuán)隊(duì)進(jìn)行測(cè)試以確保這些打印部件適用于任務(wù)后，Bunting和Murphy開始著手生產(chǎn)最終產(chǎn)品。

△FRCE創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室使用Stratasys Origin One制作的3D打印O形圈安裝工具

在不到兩周的時(shí)間內(nèi)，他們利用Stratasys Origin One DLP打印機(jī)成功打印了全部2000件工具，這比傳統(tǒng)采購(gòu)流程預(yù)計(jì)的六個(gè)月交付周期縮短了近10%。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室還將部分工具直接交付給了海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空后勤中隊(duì)14（MALS-14）。

MALS-14的生產(chǎn)控制官，Jason Moore上尉向海軍航空系統(tǒng)司令部報(bào)告稱：“這些努力將帶來(lái)快速的能力提升、迅速的部署和保障，進(jìn)而提高所有作戰(zhàn)人員的飛機(jī)和任務(wù)戰(zhàn)備能力。它們還展示了將3D打印技術(shù)與航空航天應(yīng)用相結(jié)合，將如何持續(xù)為空軍帶來(lái)益處。這對(duì)空軍后勤司令部和最終用戶而言，是一個(gè)雙贏的局面。”

Bunting指出，這份訂單中使用的原材料消耗量接近創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室2024年預(yù)期總產(chǎn)量。他解釋說(shuō)：“雖然這項(xiàng)工作量很大，因此非常不尋常，但創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室每天都在處理類似的挑戰(zhàn)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的使命就是為了快速交付、解決問(wèn)題，并保持對(duì)3D打印技術(shù)的敏捷響應(yīng)。因此，雖然從數(shù)量和我們利用這項(xiàng)新技術(shù)的方式來(lái)看，這項(xiàng)工作是獨(dú)一無(wú)二的，但從我們的日常業(yè)務(wù)角度來(lái)看，這僅僅是常規(guī)操作。”

△創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室首席工程師Jeremy Bunting

美國(guó)國(guó)防部推動(dòng)軍用3D打印制造布局

隨著增材制造技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，預(yù)計(jì)類似的大規(guī)模訂單將在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室以及國(guó)防部（DoD）的其它類似機(jī)構(gòu)中成為常態(tài)。每一個(gè)通過(guò)增材制造實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)的成功案例，都進(jìn)一步證明了越來(lái)越多的美國(guó)軍方采購(gòu)需求可以通過(guò)增材制造技術(shù)來(lái)滿足。

為了實(shí)現(xiàn)這一長(zhǎng)期發(fā)展軌跡的下一個(gè)重大飛躍，國(guó)防部的增材制造能力需要與商業(yè)領(lǐng)域的制造業(yè)務(wù)相結(jié)合。最近，美國(guó)眾議院在2026年國(guó)防預(yù)算中提出了“商業(yè)儲(chǔ)備制造網(wǎng)絡(luò)”的提案，這將使國(guó)防部能夠利用民用生產(chǎn)能力應(yīng)對(duì)激增的需求，使得這一可能性變得更加現(xiàn)實(shí)。

為了確保此類努力的成功，需要像FRCE這樣的組織與合格制造商分享最佳實(shí)踐，特別是在增材制造等先進(jìn)制造工藝方面。國(guó)防部的制造商在這方面往往比民用制造商更為先進(jìn)。要將這一潛力轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，需要多個(gè)環(huán)節(jié)的同步推進(jìn)。然而，像這樣的案例研究對(duì)于推動(dòng)這一進(jìn)程具有重要作用。