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    增材制造:開啟裝備“復制”新時代
    發表于2017-10-10

        在缺少設計圖紙細節的情況下,助力老式“臺風”戰機一飛沖天的就是增材制造技術。相比于傳統制造,增材制造不需要模具、刀具、夾具以及多道加工工序,只需要一臺簡單設備就可快速而精密地“自由制造”出各種形狀復雜的奇特零件,可謂是現代加工制造領域的“顛覆者”。近年來,隨著增材制造技術的突破性進展,世界軍事大國紛紛將目光集中在這一重要領域。美國國防部、歐洲防務局等相繼推出“增材制造路線圖”或開展前沿性軍事應用研究,欲將增材制造打造成未來戰場作戰裝備維修保障領域的技術“大拿”,甚至有望成為軍事裝備發展變革的新型動力引擎。
        “復制再制造”時代到來 
        如今,提到軍事科技創新,人們首先會想到顛覆性技術。顛覆性技術是指另辟蹊徑、可對傳統或主流技術產生顛覆性效果的先進技術,或許就是下一場高技術戰爭勝敗結果的“顛覆者”。
        人們習以為常的傳統制造,最大的問題就在于其是“減材制造”。這種成熟于工業革命時期的制造方法,必須首先找到較大的材料物體,從較大的外形開始制備或修形,直至通過去除部分材料裁剪到理想形狀。這種“不緊不慢”的制造流程,往往需要多次嘗試才能得到合適的生產模型。同時,生產各種復雜零部件的工具也要花去大量時間。隨著現代社會節奏的日益加快,它已不能適應裝備制造的發展要求。
        如今,可實現“復制再制造”的增材制造技術應運而生。增材制造技術是一種把各種材料添加到一起逐層疊加,以形成更大物體的技術。增材制造技術的出現,使得原本難以復制的高精度材料變得“得來全不費工夫”,甚至可以被批量復制生產。增材制造技術主要通過計算機建立三維數據模型,依靠材料累加成型,最終得到成型的三維物體材料。尤其是隨著計算機軟硬件技術的發展,增材制造的內涵與類型也不斷發生變化,目前主要包括光固化打印、選擇性激光打印、熔融沉積打印等。
        從理論上講,增材制造不僅制造速度快而且幾乎無所不能。早在2014年,空中客車公司就宣稱利用增材制造技術完成了飛機零部件及機身結構的制造工作。近年來,隨著工藝過程不斷優化,適用材料品種不斷增加,增材制造技術的生產效率、產品精度和質量獲得穩步提升,可以制造各類復合材料甚至器官的增材制造技術也已經出現,將在經濟生活、工業生產和航空航天等領域發揮重要作用。與此同時,世界軍事大國相繼投入巨資開展增材制造技術研究,或將在未來軍事裝備發展領域形成獨特的技術高地。
        加速從實驗室邁向戰場 
        其實,增材制造技術并不是近幾年的新興產物,早已服務于國防軍事等諸多領域。上世紀80年代,由美國國防部高級研究計劃局支持的增材制造技術就誕生在3D系統公司的試驗機床上,如今它正從實驗室加速邁向戰場。2012年5月,美國陸軍在阿富汗部署了快速設備部署實驗室,并首次實現了在戰斗中使用3D打印技術。得益于增材制造技術的優異特性,美軍在阿富汗遇到的裝備維修和臨時改進升級等問題,快速設備部署實驗室都可在極短時間內開發出升級組件,大大提高了作戰效率。
        在增材制造領域,美國空軍可謂駕輕就熟。為實現航空零部件的快速生產,美國空軍進一步探索出增材制造在生產小型裝備與降低裝配需求等領域的具體方法。以F-18戰斗機的噴氣管為例,傳統工藝制造的管道由16個部件組成,而如果使用增材制造技術,同一管道就可以作為一個整體來制作生產,將大大節省生產成本并提升產品質量。目前,美國空軍已經通過增材制造技術實現了老舊裝備的零部件“延壽”,甚至還將改變未來大型空軍裝備的生產設計方式。
        嘗到增材制造甜頭的美國國防部更是下決心將增材制造技術推向戰場。美國國防部已于2016年底發布由陸?杖姾蛧篮笄诰秩虆⑴c的《增材制造路線圖》,主要圍繞裝備維修保障、部署遠征以及新系統部件采辦3大類應用展開,從設計、材料、工藝和價值鏈4個方面為美軍提升增材制造技術的戰場“參與度”提供了框架。目前,美國國防部已經將增材制造作為“第三次抵消戰略”的新興技術,并有望成為未來戰場后勤保障的重要技術手段。
        無獨有偶,歐洲防務局也于2017年4月開展“增材制造可行性研究與技術示范”項目,將增材制造確認為提升歐洲工業競爭力的關鍵技術之一,并加速推進其在戰場關鍵區域的前沿軍事部署。
        為裝備研制帶來全新變革 
        增材制造技術代表著生產模式和先進制造技術發展的大趨勢,使得產品生產逐步從大規模制造向定制化方向發展,能更好地滿足現代社會和現代戰爭日益多樣化的現實需求。尤其是增材制造技術所獨有的快速機動性、可持續保障和低成本等優勢,將在未來戰場裝備維修、后勤保障等領域發揮重要作用。
        按照美國國防部《增材制造路線圖》的構想,增材制造技術除生產“冷冰冰”的裝備及零部件外,還將為未來戰場帶來許多聞所未聞的新鮮事物。比如,美國研究人員利用增材制造技術制造出了活體組織和器官,美國海軍研究實驗室發明的生物激光打印機已經獲得專利批準,未來將在創傷性腦損傷、燒傷以及聽力損傷等戰場“常見病”領域發揮重要作用。
        研究人員還利用增材制造技術在非傳統表面上添加電子電路或天線等,以實現各種彎曲或黏附到任何物體表面的傳感器研制,或將為軍事物聯網的發展增添一劑“猛料”。更令人驚奇的是,美國陸軍正在開發一種利用增材制造技術完成的食物打印機,可為士兵提供豐富的菜品選擇,進一步提升士兵的作戰能力。
        當然,除通過增材制造技術獲取各類電子器件、傳感器、防護裝甲、醫藥品和食物外,實現航空航天、地面和海上各作戰領域軍事裝備的快速發展,仍是增材制造走向軍事應用的題中應有之義。增材制造還將大大推動智能化裝備的發展進程,實現裝備研制組織與結構一體化發展,尤其是由各類生物組織、復合材料等復雜結構完成的裝備零部件制造。
        未來,增材制造技術將顯著改善裝備制造流程,提高裝備的戰場適應性,不僅將為裝備研發帶來重大變革,而且會對戰爭形態和作戰樣式產生顛覆性影響。

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