3D打印技術(shù)在戰(zhàn)時(shí)軍用工程裝備維修領(lǐng)域的可行性研究

姚 耀 張曉潔 劉 蓓

(陸軍工程大學(xué)訓(xùn)練基地，江蘇 徐州 221004)

1 前言

工程裝備作為武器裝備系統(tǒng)中的重要組成部分，是我軍工程兵部隊(duì)遂行戰(zhàn)斗工程保障任務(wù)的物質(zhì)基礎(chǔ)．由于戰(zhàn)時(shí)工程裝備防護(hù)性能弱，易受敵方火力打擊，戰(zhàn)時(shí)工程裝備能否保持完好性，是裝備形成戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵。目前我軍工程裝備的制造與維修基本還是遵循傳統(tǒng)的工藝模式和理念，目前存在：部分工程裝備維修性能低下；工程裝備維修技術(shù)手段落后；工程裝備維修力量薄弱；工程裝備維修管理不足等問題。與英美德等發(fā)達(dá)國家相比較尚有比較明顯的差距。但是近幾年來，3D打印技術(shù)突飛猛進(jìn)，在工業(yè)制造維修領(lǐng)域取得了一系列重大突破，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于我軍的工程裝備制造與維修領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種可能。

2 3D打印特點(diǎn)

3D打印技術(shù)的本質(zhì)：首先計(jì)算機(jī)軟件建模。接著將數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞至打印機(jī)，3D打印機(jī)使用粉末、片狀材料逐層打印。各層材料迅速固化黏結(jié)，直到打印物體打印結(jié)束為止。3D根據(jù)其特性：(1)打印精度高，3d打印技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟，采用不同的耗材，以及數(shù)據(jù)建模的參數(shù)，可以打印精度在0.3mm的產(chǎn)品，可以滿足大多數(shù)產(chǎn)品精度要求；(2)產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，3D打印采用增材制造方法，無需模具，只需在計(jì)算機(jī)輸入相關(guān)參數(shù)，3D打印機(jī)按照參數(shù)打印，此種方法省去模具制造，以及減材環(huán)節(jié)，省時(shí)省料；(3)個(gè)性化制造，傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造受限制于模具的尺寸大小，以及精度要求，造型過于復(fù)雜的產(chǎn)品無法大規(guī)模制造，而3D打印無場(chǎng)地大小限制，只需足夠的耗材，準(zhǔn)確的參數(shù)都可以打印制造出來。

3 3D打印技術(shù)在軍用工程裝備維修領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 3D打印及時(shí)制造維修配件，減輕保障壓力

利用3D 打印技術(shù)可以及時(shí)直接打印出毀損零部件。未來戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，也是各種精確制導(dǎo)武器展示的舞臺(tái)，這對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上的工程裝備造成極大的威脅，也對(duì)工程裝備戰(zhàn)時(shí)維修是一個(gè)極大的考驗(yàn)。目前我軍在裝備維修領(lǐng)域主要是備件維護(hù)。根據(jù)戰(zhàn)前的預(yù)估風(fēng)險(xiǎn)，提前配備好大量的備件，在戰(zhàn)斗中根據(jù)毀傷的工程裝備情況，及時(shí)對(duì)損毀的部位查找相應(yīng)的備件進(jìn)行更換，而戰(zhàn)斗中各種不確定風(fēng)險(xiǎn)因素多，有時(shí)候會(huì)造成帶的備件用不上，不帶的備件等著用的情況，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)因?yàn)閭浼簧?，貽誤戰(zhàn)機(jī)，影響戰(zhàn)斗進(jìn)程。而且隨著戰(zhàn)斗的進(jìn)行，備件的運(yùn)輸，偽裝防護(hù)也給后勤帶來了很多壓力。而3D打印機(jī)的出現(xiàn)很好的解決了這個(gè)問題，在未來的戰(zhàn)場(chǎng)上只要一臺(tái)預(yù)先攜帶工程裝備零部件數(shù)據(jù)的筆記本電腦，再配上3D打印機(jī)及配套的耗材，就可以按照零部件尺寸，可以精確的打印出來，及時(shí)快速完成維修投入到戰(zhàn)場(chǎng)中去，如果沒有損傷部件尺寸，也可以通過戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)聯(lián)系后方，通過后方傳遞數(shù)據(jù)完成打印，或者實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程打印。如此一來，損傷的工程裝備經(jīng)過維修可以快速的投入到戰(zhàn)場(chǎng)當(dāng)中，大大提高了戰(zhàn)斗力。而且有效緩解了備件供應(yīng)的負(fù)擔(dān)，減輕保障壓力。

3.2 3D打印使用原材料無浪費(fèi)，降低保障成本

傳統(tǒng)的零部件的機(jī)械加工或生產(chǎn)采用的是切削工藝，也就是平常所說的減材工藝，但是此種工藝費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)能。例如制造一個(gè)金屬圓錐體，需要首先制造一個(gè)圓柱體，再通過機(jī)器切削其三分之二體積，成品只有原材料的三分之一，造成原材料的浪費(fèi)，而且此種方法不適合制造大型而且復(fù)雜的零部件。而3D打印技術(shù)恰恰與切削法相反，其運(yùn)用增材技術(shù)，電腦根據(jù)零件數(shù)據(jù)逐層打印，其原材料為金屬粉末或塑料粉末，打印過程中耗材幾乎不會(huì)產(chǎn)生任何浪費(fèi)，而且沒有實(shí)用的耗材，回收后還可以繼續(xù)使用。而且3D打印這個(gè)特點(diǎn)還適用于大型而且復(fù)雜的零部件制造。

3.3 3D打印技術(shù)目前在國內(nèi)外軍隊(duì)使用情況

美國空軍的第552維修中隊(duì)使用3D打印機(jī)制造E3預(yù)警機(jī)的機(jī)翼的空氣導(dǎo)管支架。此部件原來需要工人在車間運(yùn)用專用設(shè)備對(duì)毛坯進(jìn)行擠壓、切削、打磨到成品需要8小時(shí)，而運(yùn)用3D打印機(jī)只需要半小時(shí)，而且成品精度高，成本低。僅此部件每年能夠節(jié)約50萬美元。極大地提高了工作效率，大幅降低了人力成本。這對(duì)于降低先進(jìn)工程裝備備件的生產(chǎn)成本具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和參考價(jià)值。目前我軍從2015年已經(jīng)開始嘗試使用在3D打印機(jī)在高原進(jìn)行裝備的保障維修。例如我軍在 “補(bǔ)給行動(dòng)-2015”軍需物資油料保障演練時(shí)，一輛加油車被戰(zhàn)火“損傷”，損傷的部件為聯(lián)軸器，戰(zhàn)場(chǎng)上恰無備件，這時(shí)3D打印機(jī)派上了用場(chǎng)，操作手將聯(lián)軸器的部件參數(shù)輸入電腦中，3D打印機(jī)根據(jù)輸入?yún)?shù)直接在戰(zhàn)場(chǎng)上將該部件打印出來，安裝到加油車經(jīng)測(cè)試一切正常后立刻投入戰(zhàn)場(chǎng)中。此舉解決了高原高寒山地作戰(zhàn)，常面臨“帶來的用不上，用得上的沒帶，后方籌措又太慢”等窘?jīng)r。此次演練開創(chuàng)了中國人民解放軍首次運(yùn)用3D打印技術(shù)維修后勤裝備的先河。3D打印機(jī)的使用極大的提高了野戰(zhàn)搶修效率。因此將3D打印機(jī)應(yīng)用到戰(zhàn)時(shí)工程裝備的維修是完全可行的，而且具有前瞻性的。

4 結(jié)束語

3D 打印技術(shù)可以把電腦上的數(shù)據(jù)建模變成實(shí)物，在制造成本、制造效率和產(chǎn)品品質(zhì)以及復(fù)雜產(chǎn)品的精細(xì)度上都遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)制造技術(shù)，是制造領(lǐng)域的一次技術(shù)革命。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于軍用工程裝備領(lǐng)域，可以有效地縮短工程裝備的研制周期、提高工程裝備的生產(chǎn)效率與技戰(zhàn)性能、降低工程裝備的造價(jià)成本、使用3D打印技術(shù)極大的提高軍用工程裝備平時(shí)維修與戰(zhàn)時(shí)搶修能力，必將給軍用工程裝備的研制保障帶來革命性的變化。