3D打印技術(shù)在空軍航材保障中的探索

王駿 葉平 吳勝 俞國平

（中國人民解放軍95275部隊 廣西柳州 545005）

3D打印技術(shù)在空軍航材保障中的探索

王駿 葉平 吳勝 俞國平

（中國人民解放軍95275部隊 廣西柳州 545005）

3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空裝備維修保障領(lǐng)域?qū)⒖赡軒怼皞浼Y源儲備型供應(yīng)”向“器材三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)型儲備”的裝備維修保障模式變革?？哲姾讲南到y(tǒng)作為空軍飛機(jī)的備件供應(yīng)單位應(yīng)該緊盯3D打印技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，深刻思考該技術(shù)應(yīng)用所能帶來的保障模式轉(zhuǎn)變，以高度關(guān)注的姿態(tài)和積極主動的作為推進(jìn)3D打印技術(shù)在航材保障中的應(yīng)用。

3D打印技術(shù)；空軍航材保障、航空裝備維修保障

1 引言

當(dāng)前，3D打印技術(shù)作為一項前沿創(chuàng)新制造技術(shù)正飛速向前發(fā)展。軍事裝備生產(chǎn)及備件保障作為3D技術(shù)研究應(yīng)用的重要領(lǐng)域，技術(shù)發(fā)展尤為迅猛?？哲姾讲南到y(tǒng)作為空軍飛機(jī)的備件供應(yīng)單位應(yīng)該緊盯3D打印技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，深刻思考該技術(shù)應(yīng)用所能帶來的保障模式轉(zhuǎn)變，以高度關(guān)注的姿態(tài)和積極主動的作為推進(jìn)3D打印技術(shù)在航材保障中的應(yīng)用。

2 3D打印技術(shù)簡介

3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造采用“自上而下”的切削加工技術(shù)截然不同。其采用“自下而上”的制造技術(shù)，也就是通常所說的增量制造技術(shù)或分層制造技術(shù)，制造原理簡單描述為：打印機(jī)智能端對需要加工的物體的三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行逐層分切，然后依序打印分切得到的每一層結(jié)構(gòu)，如此連續(xù)打印疊加每層材料后最終形成三維數(shù)據(jù)模型的對應(yīng)實體。3D打印制造完成了物體三維數(shù)字模型到實際產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，加工過程省時、省力，材料浪費少，更重要的是它逐層增材堆積成型的加工過程展現(xiàn)了很高的柔性，通過該技術(shù)可以制造傳統(tǒng)加工工藝難以想象的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)體。

目前3D打印制造的實際設(shè)計生產(chǎn)過程如下：首先通過計算機(jī)軟件進(jìn)行需加工物體的三維建模，這類計算機(jī)軟件國內(nèi)主要有CAD、中望3D、CAXA等；然后3D打印機(jī)讀取三維模型的橫截面信息，通過打印機(jī)的數(shù)控成型系統(tǒng)將諸如液體狀、粉末狀或者絲狀的塑料、陶瓷、金屬等材料在橫截面上“打印”，如此將所有三維模型的橫截面都打印疊加，最后就加工出實體產(chǎn)品。當(dāng)前技術(shù)下，上述“打印”基本方法大致包括高分子聚合反應(yīng)為基本原理的方法和以燒結(jié)、熔化為基本原理的方法。具體的有微滴擠噴法（包括絲狀材料選擇性熔融堆積法和光敏樹脂紫外光固化法等）、基于高能束法（包括粉末材料選擇性激光燒結(jié)法和金屬絲狀材料選擇性電子束熔化成型法等）。

3 國內(nèi)外3D打印技術(shù)在航空裝備制造和裝備維修保障中的成果介紹

航空部附件制造存在材料昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多樣通常又批量較少的問題，這些問題恰恰是3D打印技術(shù)的所能較好解決的，當(dāng)前國內(nèi)外在航空裝備制造和裝備維修保障中已有很多成功的應(yīng)用實例。

2015年11月3日我國國產(chǎn)大飛機(jī)C919大型客機(jī)總裝下線，該飛機(jī)被譽(yù)為我國建設(shè)創(chuàng)新性國家的標(biāo)志性工程。C919飛機(jī)采用了基于激光燒結(jié)技術(shù)的3D打印技術(shù)生產(chǎn)加工了中央翼緣條，另外該飛機(jī)發(fā)動機(jī)吊掛、艙門等許多部附件都是3D打印技術(shù)制造完成。我國目前已經(jīng)利用基于激光燒結(jié)的3D打印技術(shù)制造了30多個品種的飛機(jī)部附件，已經(jīng)在運-20、殲-15、殲-20、殲-31、ARJ21 等多機(jī)型中應(yīng)用。

美國在航空裝備制造中已采用了選擇性激光燒結(jié)、電子束熔接、熔融沉淀成型的3D打印技術(shù)為X-45、X-50、F-22、F-35、F-18、波音787客機(jī)等多個機(jī)型制造了300多種關(guān)鍵部附件，如X-50飛機(jī)作動筒整流罩、F-18飛機(jī)環(huán)控管道等。歐洲方面，空客公司運用3D打印技術(shù)為空客A380飛機(jī)生產(chǎn)了行李架，為“臺風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)制造了空調(diào)系統(tǒng)部件等。可以說全世界主要航空器生產(chǎn)商都在3D打印應(yīng)用這個“大舞臺”競相角逐。

在軍用裝備維修保障領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也成嶄露頭角。據(jù)報道，美軍曾在阿富汗戰(zhàn)場部署了兩個“移動遠(yuǎn)征實驗室”。該“移動遠(yuǎn)征實驗室”可在戰(zhàn)區(qū)利用3D打印技術(shù)幫助美軍快速打印生產(chǎn)戰(zhàn)爭所需的一些裝備備件和維修工具，有消息稱美軍通過該實驗室完成了GPS接收機(jī)等部件的制造。

4 3D打印技術(shù)對于航空裝備維修保障的影響

美軍認(rèn)為現(xiàn)代戰(zhàn)場維修系統(tǒng)的核心是“靠前維修”，即裝備維修盡量在戰(zhàn)場前沿就地完成。3D打印技術(shù)恰恰為這一思想找到了解決途徑?？梢韵胍?D打印技術(shù)引入航空裝備維修領(lǐng)域帶來的變化將是革命性的。

4.1 提升航空裝備快速維修能力

在戰(zhàn)場前沿部署多臺3D打印機(jī)，通過3D打印現(xiàn)場快速生產(chǎn)加工航空裝備所缺的部附件，這種維修保障方式是傳統(tǒng)“后送加工、戰(zhàn)場前遞”維修保障模式無法比擬的，裝備保障的終極夢想——“即時性”可以達(dá)成。

航空裝備維修拆解過程中會遇到很多難以拆解的部位，一旦戰(zhàn)爭中這類部件損傷將是非常麻煩的。3D打印技術(shù)利用飛機(jī)該部位的數(shù)字模型可以進(jìn)行原位打印修補(bǔ)，一舉就解決該難題。

對于航空裝備的損傷零部件，也可以采用3D打印增材再造技術(shù)，通過快速建立損傷部位的再造模型進(jìn)行修補(bǔ)再造，快速恢復(fù)其物理性能。

航空維修保障中也常常遇到修理工具不配套的問題，維修保障人員可現(xiàn)場構(gòu)建工具3D數(shù)字模型，或者通過各種手段將所需工具需求傳至后方由后方設(shè)計人員快速設(shè)計出相應(yīng)工具數(shù)字模型，然后傳至前方3D打印機(jī)進(jìn)行工具打印。

4.2 推動航空裝備維修保障理念的變革

3D打印技術(shù)將帶來無備件保障理念及前方自給保障理念等。在每個或若干個機(jī)組配備3D打印機(jī)進(jìn)行伴隨保障，缺材立即打印生產(chǎn)將可能變?yōu)楝F(xiàn)實。

隨著3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，航空器材的供應(yīng)模式也將發(fā)生巨變，傳統(tǒng)的“備件資源儲備型供應(yīng)”可能向“器材三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)型儲備”轉(zhuǎn)變。原來航空備件存儲的各類倉庫的作用將弱化，轉(zhuǎn)而代之的是備件技術(shù)數(shù)據(jù)存儲的器材信息存儲中心。

5 直面3D打印技術(shù)，空軍航材系統(tǒng)應(yīng)如何應(yīng)對

空軍航材系統(tǒng)是空軍各型戰(zhàn)機(jī)零備件保障的供應(yīng)單位。掌握了空軍各型飛機(jī)備件籌措、儲備、供應(yīng)、管理、運輸、修理等環(huán)節(jié)的保障工作，其器材供應(yīng)形制為“備件資源儲備型供應(yīng)”。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，該技術(shù)對航材系統(tǒng)的傳統(tǒng)保障模式?jīng)_擊是不言而喻的，空軍航材系統(tǒng)應(yīng)該直面現(xiàn)實，以積極主動的作為應(yīng)對沖擊。

5.1 緊盯3D打印技術(shù)前沿發(fā)展及應(yīng)用動態(tài)

3D打印技術(shù)譽(yù)為“第三次工業(yè)革命決定性技術(shù)”。作為與裝備制造有密切聯(lián)系的空軍航材系統(tǒng)應(yīng)建立與該技術(shù)發(fā)展同步的動態(tài)關(guān)注機(jī)制，定期進(jìn)行情報匯總，讓航材系統(tǒng)人員的眼光始終處于3D打印技術(shù)的前沿，如此才能與時俱進(jìn)，把3D技術(shù)的動態(tài)發(fā)展融入到航材保障的創(chuàng)新發(fā)展思路中去。

5.2 營造濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，加強(qiáng)3D打印技術(shù)的人才、知識儲備

目前空軍航材系統(tǒng)對3D打印技術(shù)還缺乏學(xué)習(xí)研究。航材系統(tǒng)應(yīng)盡早建立該技術(shù)的學(xué)習(xí)制度，定期組織人員到飛機(jī)備件3D打印制造單位學(xué)習(xí)考察。另外在航材專業(yè)相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)、院校和訓(xùn)練機(jī)構(gòu)應(yīng)引入和培養(yǎng)3D打印技術(shù)方面的專家。這樣應(yīng)對3D打印技術(shù)帶來的“備件資源儲備型供應(yīng)”向“器材三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)型儲備”轉(zhuǎn)變的供應(yīng)模式變革時才能出思路、出辦法，更好的為空軍發(fā)展服務(wù)，增強(qiáng)整個系統(tǒng)的生命力。

5.3 努力進(jìn)行器材三維數(shù)字模型的數(shù)據(jù)儲備

目前以空軍航材系統(tǒng)的研究制造水平還不足以達(dá)成進(jìn)行器材打印制造。但是作為3D打印制造的重要部分，器材的三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)儲備工作是可以先期進(jìn)行的。首先航材系統(tǒng)機(jī)關(guān)應(yīng)該設(shè)置專人來主抓此事；其次要投入資金建立數(shù)據(jù)儲備中心；然后爭取在器材訂貨的同時要求生產(chǎn)廠家將器材的三維模型一并提供，尤其是對一些緊缺器材要加強(qiáng)收集力度。對于一些進(jìn)口飛機(jī)的緊缺器材要設(shè)法收集器材的三維設(shè)計數(shù)據(jù)。

5.4 以數(shù)據(jù)儲備中心為基礎(chǔ)建立一支三維建模隊伍

目前空軍裝備的國產(chǎn)新機(jī)大多都是數(shù)字化設(shè)計的，這些飛機(jī)器材的三維數(shù)字模型是現(xiàn)成的，并不需要另行建模。但是我空軍還有大量的二代戰(zhàn)機(jī)及進(jìn)口飛機(jī)，這些飛機(jī)的器材籌措難度越來越大，一些老舊的二代機(jī)由于備件生產(chǎn)停止，缺材現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。至于進(jìn)口器材特別是進(jìn)口常耗緊缺器材不但價格昂貴，而且還需看外國人眼色，籌措難度非常大。對于這些“卡脖子”的器材，我們應(yīng)該積極尋找辦法解決，3D打印技術(shù)的不斷成熟為解決這一影響我空軍戰(zhàn)斗力生成的矛盾找到了一個突破口。我們認(rèn)為，空軍航材系統(tǒng)應(yīng)該著手建立一支三維建模隊伍，對老舊飛機(jī)和進(jìn)口飛機(jī)的緊缺器材、常耗性器材進(jìn)行數(shù)字建模，當(dāng)然該項工作是一項耗時耗力的基礎(chǔ)性工作，但是這項工作的意義卻非常之大。通過若干年的建設(shè)，數(shù)據(jù)儲備中心的三維器材數(shù)據(jù)庫將是我軍一筆巨大的財富，將為我人民空軍的戰(zhàn)斗力提升提供強(qiáng)大的保障支撐。

5.5 積極尋求合作，先期領(lǐng)先應(yīng)用

目前3D打印技術(shù)應(yīng)用還鮮見于我軍裝備保障維修，但美軍在這方面已有應(yīng)用。可以預(yù)見3D打印技術(shù)引入軍事裝備保障維修將是大勢所趨。目前國內(nèi)像北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等單位已經(jīng)具備了3D打印方面的生產(chǎn)技術(shù)，并已成功運用。空軍航材系統(tǒng)在一些緊缺器材的籌措方面應(yīng)該勇敢走出去，與國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)的科研團(tuán)隊合作進(jìn)行緊缺器材的研制生產(chǎn)嘗試，以期探索3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空裝備維修的創(chuàng)新之路，為未來3D打印技術(shù)在軍事中的大量應(yīng)用先期進(jìn)行探索。

3D打印技術(shù)正以難以想見的速度飛快發(fā)展，空軍航材系統(tǒng)應(yīng)該緊盯3D打印技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，積極進(jìn)行技術(shù)學(xué)習(xí)和相關(guān)實踐工作，為建設(shè)強(qiáng)大人民空軍貢獻(xiàn)力量，為新技術(shù)條件下的航材保障工作探索新路子、新方法。

[1]郭繼周，劉書雷，張術(shù)華．3D打印技術(shù)對信息化戰(zhàn)爭裝備維修保障的影響[J]．軍事學(xué)術(shù)，2015（7）.

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[3]劉銘，張坤，樊振中．3D打印技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J].裝備制造技術(shù)，2013（12）.

[4]金大元．3D打印技術(shù)及其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2015（4）.

TP391.4

A

1004-7344（2016）10-0036-02

2016-3-6

王 駿（1978-），男，廣西柳州人，講師，主要從事自動化學(xué)科教學(xué)及計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)管理工作。