4D打印將引發(fā)新一輪軍事變革

馬駉+++張全禮

商場(chǎng)中購買的鞋子可根據(jù)人腳的形狀、大小自我調(diào)節(jié)；衣櫥里琳瑯滿目的裙子可隨人體形態(tài)自由變化；戰(zhàn)士的武器可隨戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境自我改變適應(yīng)……這些不是科幻，也不是幻想，4D打印將帶領(lǐng)我們步入充滿神奇的世界。

4D打印誕生于美國(guó)麻省理工學(xué)院的自動(dòng)組裝實(shí)驗(yàn)室。2013年3月，在技術(shù)、娛樂、設(shè)計(jì)大會(huì)上，該實(shí)驗(yàn)室首創(chuàng)4D打印技術(shù)，成功地把3D打印的繩子放置在水中，使其自我彎曲折成“MIT”（麻省理工學(xué)院的英文縮寫）。此后，4D打印技術(shù)進(jìn)入大眾的視野，受到了全球的廣泛關(guān)注，不斷應(yīng)用于工業(yè)、航天、醫(yī)療、軍事等諸多領(lǐng)域。

4D打印是指初始材料經(jīng)過3D打印后，在關(guān)鍵部位加入智能材料，形成的“半成品”遇到特定環(huán)境，無需人為干預(yù)，也不用動(dòng)力能源，便可按照預(yù)先的設(shè)定進(jìn)行“自我組裝”“自我修復(fù)”，是一種能讓材料快速成型的顛覆性技術(shù)。

顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)，往往最先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。3D打印在新軍事變革中方興未艾，4D打印又會(huì)帶來什么樣的未來戰(zhàn)爭(zhēng)呢？

“低成本”戰(zhàn)爭(zhēng)

4D打印將驅(qū)動(dòng)節(jié)約型軍事生產(chǎn)。不論是潛艇、空間站、宇宙飛船等大型武器裝備的制造組裝，還是智能防護(hù)服、特種槍支等高端小型武器裝備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)，對(duì)于研發(fā)單位和軍工廠來說，研發(fā)、生產(chǎn)成本都是較高的。3D打印的出現(xiàn)，部分解決了制造生產(chǎn)的初期問題。復(fù)旦大學(xué)沈丁立教授對(duì)3D打印軍事武器的原理有一個(gè)形象比喻：“傳統(tǒng)的制造是一門雕刻技藝，對(duì)多余的部分做減法；而3D打印與之相反，我需要什么，才增加什么。”4D打印技術(shù)更進(jìn)一步，在一體化打印的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了武器不同部件的可變形組裝。

因而，4D打印簡(jiǎn)化了工業(yè)制造中的繁瑣環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)者只要簡(jiǎn)單地編程，而無需生產(chǎn)機(jī)床等上游生產(chǎn)設(shè)備，部件與產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的難易程度將變得不再重要。英國(guó)宇航系統(tǒng)公司透露，“旋風(fēng)”式戰(zhàn)斗機(jī)部分零部件的一體化打印，預(yù)計(jì)可節(jié)省120萬英鎊的成本。產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)帶來的絕不僅僅是數(shù)筆經(jīng)費(fèi)的節(jié)省，極有可能是造價(jià)顛覆式的革命。比如，航空母艦上的武器和配套裝置，人造衛(wèi)星、空間站以及宇宙飛船上的儀器裝備，一旦出現(xiàn)某個(gè)零部件故障卻無材料維修的窘境，帶來的損失可能是一個(gè)天文數(shù)字。4D打印技術(shù)根本性地解決了“寸土寸金”的特殊環(huán)境下材料的安置問題。

“快速化”戰(zhàn)爭(zhēng)

快速化戰(zhàn)爭(zhēng)首先體現(xiàn)在武器裝備的生產(chǎn)制造上。毋庸置疑，4D打印下的軍工生產(chǎn)將大大縮短武器升級(jí)周期，突破軍事創(chuàng)新時(shí)間的阻礙。傳統(tǒng)武器研發(fā)一般先模擬后制造，或者一邊建物一邊調(diào)整模擬效果。前期設(shè)計(jì)生產(chǎn)涉及到人員組織分工協(xié)同、構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)送組裝，后期調(diào)整又涉及到部分構(gòu)件重制、裝備重組，甚至核心的改變。雖然整個(gè)流程結(jié)構(gòu)高度緊密，但是環(huán)節(jié)則比較分散，冗長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈不可避免地拉長(zhǎng)了武器裝備的研發(fā)周期。4D打印讓快速建模有了根本性的轉(zhuǎn)變：硬件和軟件的緊密結(jié)合將顛覆武器裝備傳統(tǒng)的需求導(dǎo)向—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—制造研發(fā)流程，使設(shè)計(jì)建模到產(chǎn)品成型高度一體化，無需考慮復(fù)雜的模型結(jié)構(gòu)、依賴高精尖的輔助設(shè)備，產(chǎn)品成品所需時(shí)間將大大縮短，這無疑將加快武器裝備更新?lián)Q代周期，為實(shí)現(xiàn)武器裝備由批量化生產(chǎn)轉(zhuǎn)向定制化制造提供了可能。

武器生產(chǎn)研發(fā)“快速化”的保障，衍生助推戰(zhàn)爭(zhēng)的“快速化”。4D打印快速轉(zhuǎn)換“需”“求”的特質(zhì)，將滿足戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)化要求。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，裝備損毀后很難得到及時(shí)修復(fù)，影響作戰(zhàn)任務(wù)的正常執(zhí)行。4D打印在戰(zhàn)場(chǎng)上廣泛運(yùn)用后，就可有效解決長(zhǎng)距離復(fù)雜環(huán)境下快速運(yùn)送維修的問題，甚至實(shí)現(xiàn)武器裝備實(shí)時(shí)自我修復(fù)。即使武器裝備損毀至難以修復(fù)，結(jié)合3D打印，只需三維模擬圖形，零部件當(dāng)場(chǎng)也能被快速打印“制造”。

“智能化”戰(zhàn)爭(zhēng)

4D打印技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用更多地取決于智能材料的進(jìn)步，而不是打印手段?！八枰牟⒎且话愕钠胀ú牧?，而是帶有記憶功能的智能材料，是一種能感知外部刺激，并能夠通過判斷而進(jìn)行自我變形、組裝的新型功能材料?！毙畔⒒瘧?zhàn)爭(zhēng)中作戰(zhàn)任務(wù)的不斷拓展對(duì)武器裝備提出了更加特殊的要求，依靠武器裝備固有性能已不能適應(yīng)多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，這就要求新式武器要能根據(jù)不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境需要做出適當(dāng)“動(dòng)態(tài)”調(diào)整。以戰(zhàn)斗機(jī)為例，用4D打印技術(shù)做成的部件如遭敵破壞，戰(zhàn)斗機(jī)無需迫降，也不必等待零件運(yùn)送及專業(yè)技術(shù)人員到來，損毀部分會(huì)快速脫離飛機(jī)，新的部件可自行再構(gòu)。這種智能化的“可再生”能力將有力保障更為激烈作戰(zhàn)任務(wù)的完成。

沙發(fā)可自我組裝，管道線路智能地在地下鋪設(shè)。4D打印技術(shù)智能應(yīng)用正在顛覆某些傳統(tǒng)民用行業(yè)。在軍民融合背景下，部分成功轉(zhuǎn)型的案例可直接應(yīng)用于現(xiàn)代軍事保障?，F(xiàn)代軍事保障由供給需求、成品生產(chǎn)、物資調(diào)撥、物資運(yùn)輸、分類發(fā)放等諸多環(huán)節(jié)構(gòu)成，涉及交通運(yùn)輸、天候地形等諸多因素，流程復(fù)雜難控。精密裝備或易損物資在配備過程中可能意外損毀，給后勤保障帶來不便。4D打印技術(shù)的智能化產(chǎn)品受外界影響小，可自動(dòng)組裝為成品，能較好地解決這些問題。在運(yùn)輸方面，武器裝備可制成折疊狀態(tài)或半成品，在需要時(shí)進(jìn)行智能化自我組裝。這種簡(jiǎn)單的改變減小了運(yùn)輸裝備體積，降低了損毀可能性，方便遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)。

“個(gè)性化”戰(zhàn)爭(zhēng)

各種智能化武器的應(yīng)用必將導(dǎo)致個(gè)性化戰(zhàn)爭(zhēng)出現(xiàn)。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)模式不斷創(chuàng)新，對(duì)作戰(zhàn)提出了更多特殊要求，依靠武器裝備固有屬性組合已難以適應(yīng)多變的戰(zhàn)場(chǎng)需求，這就要求包括武器裝備在內(nèi)的作戰(zhàn)力量能根據(jù)不同戰(zhàn)場(chǎng)“情景”做出“個(gè)性化”調(diào)整，打造“獨(dú)一無二”的作戰(zhàn)力量。4D打印技術(shù)不僅可讓人類腦海中的想法被快速打印，而且可將多種可能的修正要素預(yù)設(shè)在打印材料方案中。由此，在武器打印成型后，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)不同情況，使用者可根據(jù)自己的想法，驅(qū)動(dòng)武器實(shí)現(xiàn)自我變形、完善、修正，“定制”有針對(duì)性的武器。單兵武器相對(duì)簡(jiǎn)單，也許只要改動(dòng)一點(diǎn)參數(shù)設(shè)置，即可收到意想不到的效果。對(duì)大型系統(tǒng)類武器裝備，4D打印需在更高層次上解決產(chǎn)品自行組裝問題，增加自行創(chuàng)意變化環(huán)節(jié)，幫助使用者實(shí)現(xiàn)“人劍合一”。武器裝備運(yùn)用過程中可根據(jù)周圍環(huán)境和作戰(zhàn)目標(biāo)不同，優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，快速塑造成型，甚至環(huán)境自適應(yīng)，從而大大提高武器裝備的環(huán)境適應(yīng)能力和作戰(zhàn)效能。

近年來，4D打印技術(shù)正當(dāng)其時(shí)，呼聲很高，但實(shí)際推廣還有一定難度，面臨諸多挑戰(zhàn)，比如對(duì)打印工藝要求高，核心打印材料價(jià)格高、種類少等。李克強(qiáng)總理指出“促進(jìn)中國(guó)制造上水平，既要在改造傳統(tǒng)制造上‘補(bǔ)課，同時(shí)還要瞄準(zhǔn)世界產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展前沿?！蔽覀儜?yīng)客觀認(rèn)識(shí)到這些難題，校正可參考的思路，在攻堅(jiān)克難中化挑戰(zhàn)為機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，引領(lǐng)科技前沿。目前，我國(guó)已加大了投資布局力度，創(chuàng)建了為數(shù)不少頗具實(shí)力的記憶合金企業(yè)和相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)。

4D打印作為顛覆性技術(shù)的代表之一，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)日趨廣泛，影響力會(huì)持續(xù)加深，必將引發(fā)一場(chǎng)劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和作戰(zhàn)方式變革。當(dāng)前，西方軍事強(qiáng)國(guó)已嗅到了這股浪潮的氣息，正在積極推動(dòng)軍隊(duì)建設(shè)和保障方式創(chuàng)新發(fā)展，并取得了一定的進(jìn)展。我國(guó)起步較晚，只有奮起直追，才能不落下風(fēng)，在新一輪軍事變革中搶占有利位置。

責(zé)任編輯：葛 妍