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3D打印技术将引起武器装备发展变革

    这不是异想天开,水杯、小提琴、首饰甚至汽车和飞机,皆可被打印出来。这不是说说而已,这种被俗称为3D打印的神奇技术成为主要国家研发“新宠”。

    3D打印已在工业界掀起大潮,被寄予重振制造业的厚望。这种技术代表制造业发展新趋势,它和其他一些数字化生产模式的涌现,将推动实现新的工业革命。

一种先进制造方式

    人类社会已经经历过两次工业革命。随着资本主义制度在英国的确立,蒸汽机开始应用于生产领域,机器生产代替手工生产,整个世界从“手工业时代”跨入“蒸汽时代”。第一次工业革命拉开大幕,极大地推动了欧洲各国的经济发展。1870年以后,由于电力的广泛应用,世界开启了由“蒸汽时代”迈向“电气时代”,第二次工业革命中,科学技术的发展突飞猛进,各种新技术、新发明层出不穷,并被迅速应用于工业生产,大大促进了世界经济的发展。如今,人们正期望3D打印这种神奇的技术能带来新一轮的工业革命。

    3D打印技术在军事工业具有很好的发展前景。3D打印技术(3Dprinting)属于一种快速成型技术,是一种由计算机辅助设计(CAD)数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的增材制造技术。它既不需要用纸,也不需要用墨,而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术,使特定金属粉或者记忆材料熔化,并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来,最终把电子模型图变成实物。

    3D打印机的优势在于,仅需几个小时或一夜时间即可将样品打印出来,而不必花费数周时间在工厂制作样品。这是因为,与切削等材料“去除法”不同,该技术通过将粉末、液体片状等离散材料逐层堆积,“生长”成三维实体。它将三维实体变为若干二维平面,大大降低了制造复杂程度。理论上,只要在计算机上设计出结构模型,就可以应用该技术在无需刀具、模具及复杂工艺条件下快速地将设计变为实物。该技术特别适合于航空航天、武器装备、生物医学、日用品、食品、建筑、模具和教育等众多领域中批量小、结构非对称、曲面多的物品及内容结构零部件(如航空发动机空心叶片、人体骨骼修复体、随形冷却水道)的快速制造。其实,3D打印机早已在汽车行业应用。在一些汽车企业,3D扫描、3D打印已经应用在前瞻的研发环节,并且大幅加快了新车开发。以往研发一款新车,制造一个零部件,光简单的开模就至少两三周,但现在利用3D技术,制作时间缩短到一两个小时。因此,一旦将3D打印技术应用于武器装备发展建设之中,就可以大大缩短武器装备研制和生产周期。可以说,这正是武器装备研制和生产的一种理想化模式。

    中国的3D打印技术发展也取得了快速进步。经过十多年努力,华中科技大学史玉升科研团队实现重大突破,2012年12月研发出全球最大的3D打印机。最大3D打印机的问世,意味着我国在全球这一领域已抢占有利先机。而且,3D打印机已经“打印”出许多部件,其中包括无人机和天宫一号零部件。

3D打印枪能射击一次就够了

    2012年底,美国《外交政策》杂志网站刊登题为《今日未来武器——2013年值得关注的五种武器》称,2013年什么武器最值得关注?3D打印枪居首!最近,美国的一家公司发布广告称,只要拥有一台电脑和一台3D打印机,只需几个小时就可以制造一支半自动枪。

    从理论上,3D打印技术可依据客户需要打印出任何枪支组件,虽然目前用3D打印机制造的塑料组件还不能承受枪支射击产生的应力,包括火药爆炸射出每颗子弹的作用力。但随着科技的发展和3D打印技术的成熟,未来将可以制造出更多的先进武器装备。

    如今,3D打印技术已经被大量应用于美军武器装备的研发之中。美国军方已应用3D打印技术辅助制造导弹用弹出式点火器模型,并取得了良好的效果。美国海军还在寻求通过在机器人体内植入3D打印机,以便能够使机器人半自动化地实现“相互沟通、协作以及制造”等能力。换句话说,美国海军希望能够利用机器人来生产更多的机器人。此外,美国GE航空已应用3D打印技术制造终级喷气发动机,并将所有的专门技术应用于下一代的军用发动机上,能够自动地将高推力模式转换到高效率模式。3D打印技术可以制造过去认为复杂而不经济的产品,并大大减轻产品重量。与机器制造出的零件和产品相比,3D打印技术生产的产品更加精细轻盈,打印出来的产品的重量要轻60%,并且同样坚固,而且没有与其功能无关的剩余物。如果材料没有生产限制,它就能以最优化的方式来实现其功能。因此,美国军方已经在研究通过3D打印来减轻士兵负重。

    美陆军加速3D打印技术实战化部署,以增强持续战斗力。2012年8月27日,联邦计算机新闻(GCN)报道,美国陆军已经加入扩展3D打印行动,向阿富汗部署移动实验室,配备了原型设计和印刷设备,可以为士兵现场创建工具和其他设备。移动远征实验室由一个6米(20英尺)的集装箱制成,由陆军研究、开发与工程司令部和工程公司Exponent联合研发,配备实验室设备、成型机、3D打印机和其他制造工具,可现场操作,大大缩短制造过程。美军远征实验室的打印机可以打印塑料、钢铁和铝等材料。2013年1月7日,美国陆军快速装备部队(REF)将其第2个移动远征实验室部署到战区,该实验室集成有多项新式技术,可通过卡车或直升机运送至任何地点。实验室使用3D打印机和计算机数字控制(CNC)设备将铝、塑料和钢材生产加工成所需零部件。此举可帮助设计人员利用计算机辅助设计(CAD)软件在战区快速生产原型产品,意在加速设计和生产的进程。美国陆军计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地(FOB)的可持续能力。

将给装备保障带来革命性的变化

    3D打印技术将把人们带进了梦幻加工厂,这种快速“打印”的梦幻加工厂,特别适用于战时装备保障,并将给装备保障带来革命性的新变化。

    一是3D打印技术可以及时打印毁损部件。3D打印机最诱人的应用是分散制造,即通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术,使特定金属粉或者记忆材料熔化,并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来,最终把电子模型图变成实物。在未来信息化战争中,任何位置的战场上如果需要更换毁损部件,3D打印机都可以直接在战场把所需要的部件一个一个地“打印”出来,然后由技术保障人员装配起来就可以让武器装备重新投入战场,从而使遭到毁伤的武器装备得到再生。可以预见,代表制造业发展新趋势的3D打印技术,未来可能要颠覆传统的装备技术维修保障手段。

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