3D打印技術(shù)在武警車輛應(yīng)急維修中的應(yīng)用

周訓(xùn)國　晁國勝　劉華

摘 要：針對當(dāng)前武警車輛應(yīng)急維修需求與保障能力不足的現(xiàn)實(shí)矛盾，結(jié)合3D打印技術(shù)的特點(diǎn)規(guī)律，分析了部隊(duì)車輛應(yīng)急維修的現(xiàn)狀問題，提出了開展3D打印車輛應(yīng)急維修的對策建議，對武警部隊(duì)發(fā)展3D打印車輛應(yīng)急維修具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：3D打?。卉囕v；應(yīng)急維修

中圖分類號：TJ81 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0159-03

Abstract： In view of the current contradiction between the demand for emergency maintenance of armed police vehicles and the insufficiency of their support capability， and combined with the characteristics and laws of 3D printing technology， this paper analyzes on the present situation of the emergency maintenance of military vehicles， and puts forward some countermeasures and suggestions for carrying out the emergency maintenance of the vehicles with 3D printing. It has certain reference significance for the armed police force to develop 3D printing vehicle emergency maintenance.

Keywords： 3D printing； vehicle； emergency maintenance

進(jìn)入21世紀(jì)以來，3D打印技術(shù)快速發(fā)展，技術(shù)不斷突破、性能持續(xù)提升，初步具備了工業(yè)化制造能力，已在航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、消費(fèi)品及軍工生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于武警部隊(duì)車輛應(yīng)急維修，以其制造零件種類廣、加工成形速度快、技術(shù)操作要求低等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)車輛零部件的快速按需制造和維修，解決部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障任務(wù)繁重、方式單一、能力不足等現(xiàn)實(shí)矛盾，滿足部隊(duì)即需即造即用的需求，提高部隊(duì)車輛應(yīng)急維修效率和技術(shù)保障能力。

1 3D打印技術(shù)的主要特點(diǎn)

3D打印作為一種增材制造技術(shù)，無需任何模具和機(jī)械加工即可完成制造，完全革新了傳統(tǒng)等材制造和減材制造技術(shù)。該技術(shù)不受零部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和種類的限制，具有很強(qiáng)的定制再造、快速制造和普遍適應(yīng)能力。

1.1 3D打印的定制再造能力

3D打印技術(shù)具備不同零部件的定制再造能力，能顯著緩解車輛應(yīng)急維修的多樣性、復(fù)雜性。由于3D打印技術(shù)不受零部件產(chǎn)品種類的限制，一套3D打印設(shè)備，可以成形制造多種類型的零部件，能夠根據(jù)車輛損傷情況，成形制造出不同的車輛零部件，及時(shí)完成受損車輛的應(yīng)急維修，恢復(fù)其作戰(zhàn)性能。美軍早在2012年和2013年先后兩次將3D打印遠(yuǎn)征移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室部署到站場，用于維修各種受損裝備，增強(qiáng)美軍的作戰(zhàn)能力[1-2]。

1.2 3D打印的快速制造能力

3D打印技術(shù)具備急缺零部件的快速制造能力，能有效提高車輛應(yīng)急維修的精確性、時(shí)效性。3D打印設(shè)備可以及時(shí)按需成形制造出未攜帶的車輛備件或維修工具，提高應(yīng)急維修效率。陸軍軍事交通學(xué)院模擬野戰(zhàn)環(huán)境，利用3D打印設(shè)備，僅用半小時(shí)就成功打印了車輛的低壓油管，經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行，該3D打印油管沒有發(fā)生任何問題[3]。美軍還研發(fā)了一種質(zhì)量輕便、攜帶方便的單兵3D打印機(jī)，用于戰(zhàn)場快速制造武器裝備的替換件[4]。

1.3 3D打印的普遍適應(yīng)能力

3D打印技術(shù)具備專業(yè)零部件的普遍適應(yīng)能力，能適度降低車輛應(yīng)急維修的技術(shù)性、專業(yè)性。3D打印設(shè)備操作比較方便簡捷，簡單易學(xué)，打印過程中，無需人員時(shí)刻緊盯，只需一鍵啟動(dòng)，便能成形制造車輛零部件，大大降低車輛技術(shù)保障門檻，減少技術(shù)保障人員的數(shù)量。我軍在“補(bǔ)給行動(dòng)-2015”演習(xí)中，西部戰(zhàn)區(qū)后勤部門利用集成在戰(zhàn)場搶修車中的3D打印設(shè)備，僅靠兩名操作人員，便成功打印了車輛的聯(lián)軸器并現(xiàn)場裝車使用，節(jié)省了人力，提高了應(yīng)急維修效率[5]。

2 部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障現(xiàn)狀

部隊(duì)車輛應(yīng)急維修與平時(shí)維修不同，應(yīng)急維修具有時(shí)間緊、任務(wù)重、環(huán)境多變、情況復(fù)雜等特點(diǎn)，這給部隊(duì)?wèi)?yīng)急維修保障能力提出了更高要求，當(dāng)前部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障還存有一些亟待解決的現(xiàn)實(shí)矛盾。

2.1 車輛編配種類型號多樣，應(yīng)急維修任務(wù)繁重

一是武警部隊(duì)擔(dān)負(fù)執(zhí)勤、處突、反恐、搶險(xiǎn)救援、海上維權(quán)和防衛(wèi)作戰(zhàn)等多種任務(wù)，不同任務(wù)需要由不同功能的車輛完成，即使同一任務(wù)也需由多種車輛完成，為有效履行使命任務(wù)，部隊(duì)編配的車輛種類較多；二是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，車輛更新?lián)Q代比較快，不同型號的車輛陸續(xù)配發(fā)部隊(duì)，導(dǎo)致部隊(duì)車輛型號逐漸增多，給部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障帶來了很大壓力。

2.2 車輛維修保障方法單一，應(yīng)急維修時(shí)效性差

由于難以準(zhǔn)確預(yù)測車輛發(fā)生損壞的零部件，尤其是突發(fā)性、隨機(jī)性的車輛故障，當(dāng)前部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障主要采取“備件備份”的方法預(yù)先準(zhǔn)備常用的車輛器材，當(dāng)車輛零部件受損時(shí)，進(jìn)行換件維修。如此不可避免地會(huì)導(dǎo)致“保障過量”和“保障不足”兩種問題，“保障過量”會(huì)浪費(fèi)資源，延長準(zhǔn)備時(shí)間，影響部隊(duì)快速機(jī)動(dòng)，“保障不足”的后果是無法及時(shí)修復(fù)受損車輛，進(jìn)而影響部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的完成。

2.3 車輛技術(shù)保障力量薄弱，應(yīng)急維修能力不強(qiáng)

一是由于人才成長需要一定周期，部隊(duì)編制體制調(diào)整改革后，部分修理分隊(duì)缺編嚴(yán)重，尤其是特種車輛的專業(yè)維修人才數(shù)量較少，維修技能偏弱，難以滿足當(dāng)前部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障需求；二是車輛維修器材供應(yīng)不足，尤其是特種車輛的專業(yè)維修工具購買渠道不暢，缺乏專業(yè)配套的維修設(shè)備和機(jī)工具，導(dǎo)致部隊(duì)在執(zhí)行任務(wù)過程中，車輛“修不了”“修不好”的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

3 部隊(duì)開展3D打印車輛應(yīng)急維修的對策建議

3.1 做好各項(xiàng)前期準(zhǔn)備，確保3D打印應(yīng)急維修的順利實(shí)施

這里所說的各項(xiàng)準(zhǔn)備，不是指保障實(shí)施前部隊(duì)?wèi)?yīng)做的常規(guī)準(zhǔn)備，而是主要指以下兩個(gè)方面：首先，要全面評價(jià)車輛故障，建立適于3D打印的車輛備件庫。由于3D打印技術(shù)制造成本較高以及打印材料和技術(shù)的限制，車輛零部件不全都適于用3D打印設(shè)備進(jìn)行制造。因此，應(yīng)做好車輛故障評估，建立適于3D打印的車輛備件庫，易于解決的小故障、不影響車輛使用效能的故障以及已攜帶備件的故障等都不適于用3D打印設(shè)備，3D打印設(shè)備尤其適用于制造價(jià)格昂貴較為重要、不易攜帶的易損件以及已經(jīng)停產(chǎn)或部隊(duì)暫時(shí)沒有而生產(chǎn)購買周期又較長的零部件。其次，要根據(jù)備件庫提前獲取車輛零部件的三維數(shù)據(jù)模型。零部件的三維數(shù)據(jù)模型是實(shí)現(xiàn)3D打印的基礎(chǔ)和前提，只有提前獲取3D打印零部件三維數(shù)據(jù)模型，戰(zhàn)時(shí)才能及時(shí)按需打印。一是利用三維掃描儀掃描零部件，獲取三維數(shù)據(jù)模型。二是與生產(chǎn)廠家協(xié)商，提前獲得零部件的三維數(shù)據(jù)模型，或與生產(chǎn)廠家簽訂協(xié)議，當(dāng)部隊(duì)需要打印零部件時(shí)，生產(chǎn)廠家必須及時(shí)將零部件的三維數(shù)據(jù)模型通過保密的途徑傳至有需求的單位。三是根據(jù)車輛應(yīng)急維修保障需求，設(shè)計(jì)零部件的三維數(shù)據(jù)模型，甚至創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)便捷的維修工具。

3.2 完善現(xiàn)有保障方式，發(fā)揮3D打印應(yīng)急維修的最大效能

一是提高伴隨保障的應(yīng)急維修能力。武警部隊(duì)常用的保障方式主要有伴隨保障、定點(diǎn)保障及巡回保障三種[6]，其中伴隨保障時(shí)效性最好，但維修能力較弱，3D打印技術(shù)應(yīng)用到部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障中，能夠極大地提高伴隨保障效能。將3D打印設(shè)備及其原料集成在一個(gè)集裝箱或輪式牽引箱內(nèi)，由專用保障車進(jìn)行運(yùn)輸或牽引，跟隨任務(wù)部（分）隊(duì)一同準(zhǔn)備、同時(shí)機(jī)動(dòng)、同步展開，實(shí)時(shí)了解部隊(duì)的保障需求，及時(shí)修復(fù)受損的車輛。二是充分發(fā)揮遠(yuǎn)程支援保障和社會(huì)化保障方式的優(yōu)勢。將3D打印設(shè)備與遠(yuǎn)程信息診斷系統(tǒng)相結(jié)合，把現(xiàn)場3D打印設(shè)備無法打印的零部件的數(shù)據(jù)信息傳回后方修理分隊(duì)，用后方修理分隊(duì)的大型3D打印設(shè)備進(jìn)行打印，而后送往前方受損車輛；或?qū)⑿枰蛴〉能囕v零部件相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳至地方3D打印公司，依靠地方專業(yè)的3D打印設(shè)備進(jìn)行打印；或在部隊(duì)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，組織地方技術(shù)人員，使用地方3D打印設(shè)備實(shí)施伴隨保障，及時(shí)修復(fù)受損車輛。

3.3 區(qū)分不同故障情況，確定3D打印應(yīng)急維修的最佳方法

當(dāng)車輛受損時(shí)，應(yīng)按照快捷高效、安全可行的原則，根據(jù)車輛零部件的受損情況，合理選擇3D打印應(yīng)急維修方法，以期在最短時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)受損車輛的技術(shù)性能。一是原件換件維修。利用3D打印設(shè)備快速制造損壞的原件，而后用打印件替換原件。二是原件重構(gòu)維修。如果打印損壞的原件花費(fèi)時(shí)間較長或沒有原件的三維數(shù)據(jù)模型而無法打印，但原件可用其他類型的零部件代替，就可以利用3D打印設(shè)備快速制造重構(gòu)件進(jìn)行替換維修，例如打印塑料管暫時(shí)代替金屬管。三是原件修復(fù)維修。利用3D打印設(shè)備對受損件進(jìn)行修復(fù)，以恢復(fù)其全部或部分功能，例如當(dāng)齒輪的某個(gè)齒損壞時(shí)，只修復(fù)損壞齒而不用打印整個(gè)齒輪，能夠有效縮短維修時(shí)間，提高維修效率。四是打印維修工具。在車輛應(yīng)急維修過程中，難免會(huì)遇到維修工具準(zhǔn)備不足或損壞的情況，此時(shí)，就可以利用3D打印設(shè)備快速制造或改造維修工具，而后再修復(fù)受損的車輛。

3.4 依據(jù)維修保障需求，明確3D打印應(yīng)急維修的發(fā)展策略

3D打印技術(shù)對車輛應(yīng)急維修保障是一種顛覆性的創(chuàng)新[7]，結(jié)合武警部隊(duì)?wèi)?yīng)急維修保障需求，針對存在的矛盾問題，發(fā)展3D打印應(yīng)急維修，第一，要理清部隊(duì)發(fā)展需求。3D打印對于武警部隊(duì)來說是一項(xiàng)新技術(shù)，在發(fā)展3D打印技術(shù)之前要理清3D打印設(shè)備配備需求和材料采購需求。不同3D打印技術(shù)設(shè)備適合制造或修復(fù)不同故障類型的車輛零部件，例如，熔融沉積成形（FDM）技術(shù)設(shè)備適合制造要求不太精密的塑料零部件、選區(qū)激光粉末燒結(jié)成形（SLS）和選區(qū)激光熔融成形（SLM）技術(shù)設(shè)備適合制造要求精密的金屬零部件、激光近凈成形（LENS）技術(shù)設(shè)備可以對金屬零部件的表面磨損部位進(jìn)行修復(fù)。根據(jù)部隊(duì)車輛損壞情況，配備不同技術(shù)類型的3D打印設(shè)備，再根據(jù)技術(shù)設(shè)備確定材料采購需求。第二，要積極培養(yǎng)和儲備技術(shù)人才。武警部隊(duì)暫時(shí)還沒有涉足3D打印技術(shù)行列，對該技術(shù)知之甚少，相關(guān)人才更是非常緊缺，所以要積極培養(yǎng)和儲備技術(shù)人才，為發(fā)展3D打印車輛應(yīng)急維修奠定堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。部隊(duì)院校應(yīng)增設(shè)“3D打印車輛應(yīng)急維修研究實(shí)驗(yàn)室”，為部隊(duì)培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)人才。第三，要大力推進(jìn)軍民深度融合。國內(nèi)許多地方公司及科研院所早已開展3D打印技術(shù)研究，而且在金屬材料成形制造方面已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平[8]，部隊(duì)?wèi)?yīng)與相關(guān)單位積極合作，利用地方現(xiàn)有資金、人才、技術(shù)、設(shè)備，有序穩(wěn)妥推進(jìn)3D打印技術(shù)在武警部隊(duì)車輛應(yīng)急維修中的應(yīng)用研究。

4 結(jié)束語

技術(shù)的創(chuàng)新帶來部隊(duì)保障方式的變革和保障能力的提升，作為革新傳統(tǒng)制造方式的顛覆性技術(shù)，3D打印的技術(shù)特點(diǎn)可以很好地解決部隊(duì)車輛應(yīng)急維修保障存在的現(xiàn)實(shí)矛盾。武警部隊(duì)?wèi)?yīng)積極探索該技術(shù)在部隊(duì)車輛應(yīng)急維修方面的應(yīng)用，不斷提高應(yīng)急維修能力，創(chuàng)新后勤保障方式，提升部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。

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