3D打印技术在武器装备研制方面的应用

　　3D打印技术是增材制造技术的俗称，是快速成形技术的一种，它是通过三维设计数据采用材料逐层累加，以及激光烧结、光照等固化手段制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除（切削加工）技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。与传统制造相比，3D打印具有小批量制造成本低、速度快，复杂制造能力好，材料利用率高，适应性好等优点，应用于武器装备发展时能够显著缩短武器装备研制时间，减少研制费用，提高武器装备性能，降低武器装备成本，提高维修保障时效性与精度。在世界各国的广泛关注与大力推进下，近年来3D打印技术的发展与应用不断取得突破，显示了良好的军事应用前景，将对武器装备的发展产生深远影响。

一、3D打印技术不断取得突破，军事应用取得重要进展

　　近年来，3D打印技术日益受到重视，关键技术研究不断取得突破，性能不断提升，在军事领域的应用取得重要进展，进入发展与应用的快车道。

　　（一）3D打印技术日益受到重视，成为各国全力抢夺的战略重点随着快速成型技术、材料技术等关键技术的发展，3D打印技术的应用前景日益凸显，成为多个国家的发展重点。

　　美国将3D打印技术列为国家重点发展技术，集全国之力进行发展，抢占发展先机。2012年，美国在重整制造业计划中将3D打印技术列为重点发展的11项技术之一，并作为其“全美制造业创新网络”首家研究中心的主要研究方向。“全美制造业创新网络”是美国“制造创新国家网络”计划的产物，由15家制造业创新研究所组成，主要研究对美国制造业发展具有重要作用的创新技术。

　　我国也高度重视3D打印技术，采取多种措施推动其快速发展。总装备部、国防科工局、国家自然科学基金委员会等部门对钛合金结构件激光快速成形进行了持续多年的重点资助，取得了显著成绩。科技部正在制定3D打印技术发展战略，必将进一步推动其快速发展。

　　（二）3D打印技术不断取得突破，技术成熟度及性能不断提升近年来，3D打印技术的研究稳步推进，取得系列重要进展，技术成熟度及性能不断提升。

　　美国3D打印技术研究取得重要进展，技术成熟度及性能显著提升，初步达到工业应用水平。2012年，美国Sciaky公司的新型电子束3D打印技术取得重要突破，具备大型金属部件加工能力，美国国防部和洛克希德·马丁公司准备将其用于生产F-35战斗机的钛、钽、铬镍铁合金等高价值材料的高品质零部件，前期检测全部达到要求。3D Systems公司的激光熔融技术取得重要进展，美国空军将在此基础上开发用于打印F-35战斗机和其他武器系统的3D打印机。美国太空制造公司的太空3D打印技术的成熟度达到6级，具备在太空中的模型或样机演示能力，2012年11月获得NASA的第二阶段合同，进一步将技术成熟度提升到8级，完成实际系统并通过试验和验证，最终具备应用于太空站维修、升级和延寿，载荷升级改进，硬件太空制造等方面的能力，2014年向国际空间站运送首台3D打印机。

　　我国的激光快速成形3D打印技术已达到世界领先水平。北京航空航天大学已掌握使用激光快速成形技术制造超过12平方米的复杂钛合金构件的技术，并成功应用于武器装备研制，相关成果“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获2012年度国家技术发明奖一等奖。西北工业大学掌握了一次打印超过5米长的钛金属飞机部件的3D打印技术。

　　（三）3D打印技术应用不断拓展与深化，技术效益不断发挥随着技术成熟度及性能的提升，3D打印技术近年来应用领域不断拓展，在武器装备设计、制造、维修等领域发挥日益重要的作用。

　　设计方面，美国NASA在设计新一代大型运载火箭的核心部件时，利用大型Makerbot 3D打印机进行模具成型，制造设计部件。此3D打印机采用选择性激光熔炼技术，用激光将金属粉末加热成型，相比数控机床制造，既可以缩短制造时间，又可以提高制造精度，降低制造成本，一举多得。

　　制造方面，3D打印技术在大型、复杂部件制造等方面的应用不断取得突破。2002年，美国开始将激光成形钛合金零件装上战机试验。但由于无法解决制造过程中钛合金变形、断裂等技术难题，美国始终只能生产小尺寸钛合金部件和对钛合金零件表面进行修复。近年，美国积极开展3D打印技术生产大型钛合金部件的研究。美国军方和军工企业正与3D Systems和Sciaky等3D打印技术公司合作，推进大尺寸钛合金3D打印技术在战斗机制造上的应用。2013年，美国开始使用3D打印技术批量生产喷气发动的燃料喷嘴。在3D打印技术应用于轻型物质制造方面，2013年，美国“固体概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金属手枪，能够连续发射50发子弹并保持完好。

　　维修方面，美国已开始部署基于3D打印技术的维修保障装备。2012年7月和2013年1月，美军部署了两个移动远征实验室，用于装备维修保障。此移动远征实验室是一个20英尺长的标准集装箱，可通过卡车或直升机运送至任何地点，利用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材等原材料加工成所需零部件。此举可以在战场快速生成需要的零部件，甚至快速设计和生产急需的装备，实现及时精确保障。此外，美国陆军开发了一种轻质便宜的3D打印机，可以放到背包中，用于在战场中快速、便宜地制造替换零件。

　　我国3D打印技术在武器装备中的应用已取得一定成绩，是目前世界上唯一掌握钛合金大型主承力构件激光快速成形制造技术并工程应用的国家。北京航空航天大学和西北大学的3D打印技术已成功应用于多个国产航空项目的原型机制造。我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框、大中央翼根肋，以及正在设计的新型战斗机的钛合金主体结构都采用激光快速成形技术制造，有效降低了飞机的结构重量，提高了战机的推重比，并缩短了设计时间，在新型战斗机的快速研制中发挥了重要作用。

　　总体来看，3D打印技术的发展已取得重要进展，部分领域已具备较高的技术水平，取得初步的应用成果，显示了良好的发展前景。但3D打印技术尚处于技术发展阶段，还存在可打印原材料少，打印精度较低、速度较慢，打印成本高等问题，制约了其在武器装备中的进一步应用。随着材料技术、高精度控制技术、高效制造技术等关键技术的发展与进步，3D打印技术必将在武器装备发展中发挥更大的作用。