美海軍艦上3D打印技術(shù)發(fā)展概述

來源：藍(lán)海星

艦上3D打印技術(shù)能快速按需制備零部件，將提升海上后勤保障能力，降低海軍供應(yīng)鏈負(fù)擔(dān)。目前，美海軍已完成艦上3D打印技術(shù)的可行性驗證，并在12艘艦艇上部署了3D打印設(shè)備，成功制造出多種聚合物部件，用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)、小型無人機(jī)等。

發(fā)展背景

艦艇航行期間通常需攜帶大量備用件，用于及時更換受損零部件。備件的采購一般需花費(fèi)數(shù)月時間，一旦備用件短缺，還會影響相關(guān)設(shè)備甚至整艦的正常運(yùn)行。3D打印技術(shù)在快速制造、定制特殊部件、降低制造成本等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。為此，美海軍自2014年開始設(shè)想將3D打印設(shè)備安裝在艦艇上，快速制造備用件、小型無人機(jī)甚至士兵膝蓋，提升戰(zhàn)備水平。

與岸上制造相比，艦上3D打印要考慮海洋氣候環(huán)境的特殊性及艦艇航行的影響，對原料安全性、打印設(shè)備穩(wěn)定性、操作規(guī)范性等提出了新的要求。首先，3D打印原料需滿足船用材料的防火性、煙霧濃度和毒性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。此外，為維持打印設(shè)備的穩(wěn)定性，需制定詳細(xì)的安裝手冊指導(dǎo)船員正確安裝3D打印，同時開發(fā)減振設(shè)備3D打印，避免因船舶航行影響材料的有序沉積，從而影響打印件的質(zhì)量可靠性。

為推進(jìn)艦上3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，美海軍連續(xù)發(fā)布了多項計劃規(guī)范，并啟動了3D打印相關(guān)研究項目。2017年5月，美海軍發(fā)布“海軍3D打印實施計劃2.0”，確定了3D打印里程碑節(jié)點(diǎn)和演示驗證路線圖，提出將在2021財年后實現(xiàn)金屬部件艦上3D打印。2018年，海上系統(tǒng)司令部發(fā)布“3D打印技術(shù)使用指南”，提出T9070-AK-DPC-010/078-l規(guī)范，對3D打印聚合物原料的防火性、煙霧濃度和毒性等性能給出了明確規(guī)定，并制定了艦上3D打印設(shè)備安裝指南。

目前，美海軍已經(jīng)實現(xiàn)了聚合物零部件的艦上3D打印，正在探索金屬零部件的艦上制造。

應(yīng)用情況

2014年3月，美海軍首次在LHD-2“埃塞克斯”號兩棲攻擊艦上安裝了3D打印設(shè)備，試制了少量聚合物部件，以驗證其在發(fā)動機(jī)振動、海浪等環(huán)境下的運(yùn)行穩(wěn)定性。隨后，美海軍陸續(xù)在LHD-1、SSN 774等多型艦艇上安裝3D打印設(shè)備并進(jìn)行試驗。

圖1  艦上組裝的小型無人機(jī)

2019年開始，海軍通過建立艦上“小型制造實驗室”（FABLAB）和“先進(jìn)制造實驗室”（AML），部署3D打印設(shè)備。目前，包括兩棲艦、航母、潛艇在內(nèi)的12艘艦艇具備了艦上3D打印能力，可在幾天時間內(nèi)快速制造聚合物零件。

圖2  CVN-74“斯坦尼斯”號航母上的3D打印機(jī)

艦上3D打印技術(shù)可減少艦艇部署時攜帶的備件數(shù)量，降低采購成本和采購周期，更好滿足隨艦保障需求，提升戰(zhàn)備水平。