3D打印技術(shù)及其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

劉小桐 賈曉明 王帆

[摘 要]3D打印技術(shù)的興起時(shí)間雖短，但其所發(fā)揮的作用卻是不可估量的，其對(duì)于制造業(yè)、手辦動(dòng)漫制作、軍事領(lǐng)域發(fā)展的貢獻(xiàn)是大眾有目共睹的。本文通過對(duì)3D打印技術(shù)基本內(nèi)容的描述及該技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的靈活運(yùn)用來反映3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)于軍事領(lǐng)域的發(fā)展做出不可磨滅的貢獻(xiàn)。

[關(guān)鍵詞]3D打印技術(shù)；軍事領(lǐng)域；應(yīng)用

隨著近幾年科技的不斷進(jìn)步，大量的科技產(chǎn)品涌入各行各業(yè)中，并為各行業(yè)的穩(wěn)步向前提供較大的助力，3D打印技術(shù)便是其中的佼佼者，它開創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代。通過近幾年的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外的專家學(xué)者皆對(duì)該技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，并深入研究該技術(shù)對(duì)于我們的生活、工作、社會(huì)進(jìn)步所能產(chǎn)生的成效。

一、3D打印技術(shù)

1.基本概念

簡而言之，利用材料多層次疊加的方式完成對(duì)立體物質(zhì)的制造方法便可以稱之為3D打印技術(shù)。其操作的主要流程可以概括為以下幾方面：首先，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件完成對(duì)所需制造的物質(zhì)模型的設(shè)計(jì)；其次，對(duì)設(shè)計(jì)完成的模型做分層處理；接著在相關(guān)文件的指引下，采用相關(guān)技術(shù)對(duì)平面做逐層固化處理，最后將過程中所需的支架材料拆除，則制作物件完成。

（1）3D打印過程

該操作流程大致可以分成三部：創(chuàng)建數(shù)據(jù)、打印、后期處理。

①創(chuàng)建數(shù)據(jù)即就是創(chuàng)建該制作物質(zhì)的三維立體模型，并對(duì)模型做分層處理。該操作是通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)的，同樣3D掃描儀器也通過掃描成品產(chǎn)生該物體的模型，分層處理則是將立體結(jié)構(gòu)分成多個(gè)二維截面，為后期制作做鋪墊。

②打印流程則是利用打印設(shè)備將模型中各項(xiàng)數(shù)據(jù)做專業(yè)化的整合，再根據(jù)設(shè)備需要進(jìn)行材料的逐層鋪設(shè)，即完成每一個(gè)截面的鋪設(shè)，最后根據(jù)順序進(jìn)行熔合，使其顯現(xiàn)出最終成品的形態(tài)。

③后期加工主要包含成品與支撐架材料的拆除、打磨、拋光等處理，某些材料的制作還可能用到強(qiáng)化處理等等，根據(jù)工件的不同進(jìn)行靈活調(diào)整。

二、3D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域的具體應(yīng)用

1.制造飛行器零件

3D打印技術(shù)的推廣已經(jīng)受到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注，航空航天領(lǐng)域便是眾多受惠行業(yè)其中之一，利用該技術(shù)加快了軍事領(lǐng)域的發(fā)展腳步，該技術(shù)的使用在國內(nèi)外都已存在研究成功的范例。像是飛行器內(nèi)部的零散組件，往往由于其制作復(fù)雜、流程繁多，導(dǎo)致在制作時(shí)，成本消耗較為嚴(yán)重。制造出的零件質(zhì)量仍舊不合人意，該技術(shù)的使用則切實(shí)地解決了這種問題。

美國某工業(yè)企業(yè)便是通過使用該技術(shù)完成了對(duì)愛國者號(hào)防空系統(tǒng)內(nèi)部齒輪零件的制造，在該技術(shù)未普及前，制作該零件的成本為2-4萬美元，在使用該項(xiàng)工藝后將成本縮減至1250美元，有效降低制造成本。世界聞名的日常消耗品公司——通用公司便利用3D打印技術(shù)打造出成本較為低廉的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備中的材質(zhì)為鈦合金的組件。

葉盤的優(yōu)質(zhì)程度的優(yōu)質(zhì)程度對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量也是發(fā)揮著較為關(guān)鍵的作用，葉盤在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)起到將轉(zhuǎn)子葉片與輪盤結(jié)構(gòu)融為一體的作用，該作用完成了對(duì)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，一定程度上減小質(zhì)量，從而進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。我國國內(nèi)貴州的航空企業(yè)便是利用該技術(shù)工藝制作出質(zhì)量較高、性能符合制作要求的葉盤零件。

2.無人機(jī)與模型飛機(jī)

該技術(shù)是在近幾年才開始興起，但是由于該技術(shù)對(duì)于許多行業(yè)的發(fā)展都起到一定程度的推動(dòng)作用，因此該技術(shù)迅速在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。無人機(jī)與模型飛機(jī)的發(fā)展也離不開該技術(shù)的推動(dòng)。歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)在2013年便將該技術(shù)融入進(jìn)無人機(jī)的制造過程中去，在該技術(shù)的促進(jìn)下，研發(fā)出規(guī)模較小的無人機(jī)原型及無人機(jī)中主要部件。關(guān)于無人機(jī)的制造，英國南安普頓大學(xué)則是完成了對(duì)第一架3D打印飛機(jī)的制造，并且經(jīng)過測(cè)試，該飛機(jī)已試飛成功。通過相關(guān)數(shù)據(jù)了解，該飛機(jī)機(jī)翼長為2米，飛機(jī)最高速度100米/min，且機(jī)身自行裝備自動(dòng)化駕駛設(shè)備用以巡航。與此同時(shí)，美國空軍通過大量實(shí)驗(yàn)與探究研發(fā)出性能較高的無人機(jī)設(shè)備，且該設(shè)備已通過相關(guān)測(cè)試。

3.設(shè)備維護(hù)

考慮到僅僅依靠臨時(shí)維修或是備件去保障設(shè)備能夠在使用期限內(nèi)完成自己的使命的行為是不可取的，并且此期間內(nèi)耗費(fèi)的費(fèi)用較為龐大。3D打印技術(shù)的柔性維修性能在維修護(hù)理方面起到較大的幫助，如若在檢查中出現(xiàn)零件損壞的情況，只需了解該零件的模型，便可以在最短時(shí)間內(nèi)將該零件制作完成并應(yīng)用于設(shè)備中，降低了設(shè)備對(duì)于生產(chǎn)商的依賴性，并且針對(duì)停產(chǎn)的問題得到有效解決。

4.太空制造

在目前階段的太空研究中，技術(shù)人員完成任務(wù)通常需要以發(fā)射工具作為媒介，將太空站中所需的設(shè)備、零件、備用部件等等各類必需品用發(fā)射工具將其傳輸至太空中，然而該方法的失效是技術(shù)人員無法預(yù)估且不能作出相應(yīng)有效措施去應(yīng)對(duì)的。因此為改善這種問題，在作業(yè)過程中，往往采取攜帶必需品的方式，然而相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)表明，該運(yùn)輸方式對(duì)于運(yùn)送成本的消耗較為嚴(yán)重。為此美國航空局做出大膽的猜想并付諸實(shí)踐，希望可以利用3D打印技術(shù)的性能解決該難題，將該設(shè)備運(yùn)送進(jìn)太空，把制作的任務(wù)交給宇航員來完成。如此一來，不僅成功解決費(fèi)用問題，還大幅度地提升宇航員進(jìn)行作業(yè)時(shí)的安全系數(shù)，這對(duì)于航空領(lǐng)域的發(fā)展是一次質(zhì)的飛躍。

三、結(jié)語

在上述描述里不難發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)確實(shí)很大程度上解決了軍事領(lǐng)域的某些難題，對(duì)于軍事領(lǐng)域發(fā)展前進(jìn)的步伐起到較大的促進(jìn)作用，并縮減了某些不必要的開支。由此可見，該技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用是十分必要的，值得行業(yè)人員去深度發(fā)掘該技術(shù)的其他性能，為行業(yè)發(fā)展提供幫助。

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