3D打印技术在武器装备研制方面的应用

二、3D打印技术在军事领域的应用将对武器装备发展产生深远的影响

　　受技术、成本的限制，3D打印技术难以取代大规模流水线生产，但其不需要模具，可实现从设计到零件的直接转化，完成快速、自由的制造，将在武器装备的设计，复杂、昂贵部件的制造，以及维修保障等方面得到广泛的应用，对武器装备发展产生积极的影响。

　　（一）小批量制造成本低、速度快，可显著降低武器装备研制风险、缩短研制时间武器装备越来越复杂，研制时只有通过多轮的设计-原型机生产-试验-修改设计-原型机再生产-再试验过程，通过原型机重复试验才能及时发现问题并修正。但原型机的产量极小，采用传统制造方式的时间长、成本高，造成武器装备研制的周期长，费用高。美国F-35战斗机因为研制过程中的反复实验与制造，造成研制时间多次延长，研制费用显著增加。3D打印技术不需要传统制造方式的铸锭、制胚、模具、模锻等过程，可以快速、低成本地进行原型机生产，且整个生产过程数字化,可随时修正、随时制造，在短时间内进行大量的验证性试验，从而显著降低研制风险、缩短研制时间、降低研制费用。NASA在“好奇号”火星车和新一代大型运载火箭设计中，已采用3D打印技术进行零件的快速制造。我国新型战斗机起落架的关键零部件等也采用激光快速成形技术制造，极大地缩短了研制周期。

　　（二）复杂制造能力好，可完成传统方法难以完成的制造，提高武器装备性能3D打印技术不需要预先制作模型，是真正的自由制造,可以成型几乎任意形状的零件，对具有复杂内部结构的零件特别有效。如制造复杂的钛合金结构部件，具有复杂内部冷却通道的航空发动机涡轮叶片，内部材料和结构复杂的坦克装甲等关键武器零部件。3D打印技术还能显著提高零部件的关键性能。采用激光烧结技术制造的零件具有超过或者等同于锻件的性能，特别是高温、持久、抗疲劳等性能。如采用选择性激光烧结技术制造的飞机起落架用超高强度钢，其抗疲劳强度可比锻件高20%，制造的涡轮叶片的900度疲劳强度可以比第二代单晶高40%。此外，3D打印技术还可用于局部成份控制，生产局部材料属性（如折射率、导电性、磁性、硬度等）可控的功能梯度材料，使材料呈现出一些特殊的性能。DARPA正在资助用3D打印机打印梯度折射率透镜（石英）的研究，可用于研制光学隐身斗篷。

　　（三）材料利用率高，可有效降低先进武器生产成本传统的制造是“减材制造”，通过在原材料坯件上进行切削、挤压等操作，把多余的原料去除，加工出所需部件形状，加工过程中去除的原材料难以回收利用，原材料浪费严重。如美国F-22战斗机中尺寸最大钛合金整体加强框零件的重量不足144千克，而毛坯模锻件重达2796千克，钛合金材料的利用率不到5.2%。昂贵材料的大量浪费，直接推高武器装备的成本，使得武器装备越来越难以承受。美国F-22战斗机的成本超过2亿美元，即使美国这样的经济强国也难以大量承担。3D打印只在需要的地方添加原材料，材料利用率极高，能够充分利用昂贵的原材料，显著降低武器装备的成本。如采用激光成形技术，C919飞机中央翼根肋的精坯重量仅为136千克，相比传统制造方法1607千克的锻件毛坯，可以节省91.5%的昂贵的钛合金材料。

　　（四）具备快速制造不同零部件的能力，可有效提升武器装备维修保障的实时性、精确性当前，装备维修保障主要采取冗余备份的方式，即预先准备大量零部件，在装备受损时进行替换。由于装备受损情况难以预测，这种方式容易产生保障不足和保障过量两种情况。保障不足时将因为预先准备的配件少而影响武器装备的及时修复，保障过量时将因为预先准备的配件过多而增大保障压力。3D打印技术具备快速制造不同零部件的能力，只要有电子设计图纸及打印材料，可根据需要快速打印出各种部件。应用于维修保障时，可在战场快速打印出受损部件，及时精确地完成受损装备的维修保障，快速恢复作战能力。认识到3D打印技术在提高装备维修保障中潜在的巨大作用，美国积极探索3D打印技术在装备维修保障中的应用，于2012年和2013年部署了两个基于3D打印技术的移动远征实验室，验证基于3D打印技术的装备维修保障。

三、结束语

　　加快3D打印技术的发展与应用是弥补我国当前武器装备设计、制造与维修保障能力的不足，提升研发效率，降低制造成本，提高维修保障时效性与精度的有效途径。我国3D打印技术在钛合金大型复杂整体构件激光成形等方向居于世界领先地位，但整体水平仍有很大的提升空间。应着眼武器装备长远发展，统筹规划，汇聚各方面力量推动3D打印技术的发展与应用，为实现“能打仗、打胜仗”的目标提供技术支撑。一是将3D打印技术作为我国制造业升级的关键，军民融合、整合资源，集全国之力进行发展；二是针对当前存在的问题，加强材料技术3D打印核心关键技术研究，改变我国核心关键设备受制于人的状况；三是积极探索3D打印技术在武器装备建设中的应用，以应用牵引技术发展方向与重点。