3D打印已全面應(yīng)用于中國殲-20和殲-31戰(zhàn)機研發(fā)

用3D打印制造的半自動步槍

      近日，一家美國公司利用3D打印技術(shù)，成功造出AR-15半自動步槍的彈匣及其他部件。不久后，這家公司又在互聯(lián)網(wǎng)上公布，首款名為“解放者”的3D打印gun試射成功。新技術(shù)的出現(xiàn)，往往最先用于軍事領(lǐng)域?？梢灶A(yù)計的是，3D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用會日趨廣泛，以3D打印技術(shù)為代表的新工業(yè)革命，必將引發(fā)新軍事革命。請看科技日報特約專稿——3D打印：助推未來軍事新變革。

      看過電影《十二生肖》的觀眾大概都對里面用3D打印技術(shù)制造圓明園獸首贗品的場景記憶猶新。一張3D電腦圖紙，一臺3D打印機，幾分鐘就可以制造出一個完美復(fù)制的產(chǎn)品。

      3D打印技術(shù)又稱為“快速成型技術(shù)”或“增材制造技術(shù)”，誕生于上世紀(jì)80年代末，主要是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過材料疊層添加構(gòu)造三維物體的變革性、數(shù)字化增材制造技術(shù)。與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造技術(shù)”相比，3D打印技術(shù)具有制造成本低、研制周期短、生產(chǎn)效率高等明顯優(yōu)勢，已成為引領(lǐng)未來全球制造業(yè)發(fā)展趨勢的關(guān)鍵詞，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、文物保護(hù)、食品行業(yè)、建筑設(shè)計、文化創(chuàng)意和配件飾品等領(lǐng)域。

      2012年，美《時代》周刊將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志則認(rèn)為，3D打印技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一同成為引發(fā)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵因素。2012年底，美國《外交政策》雜志網(wǎng)站刊登的題為《今日未來武器——2013年值得關(guān)注的五種武器》的文章中，3D打印武器排在榜首！

      可以設(shè)想，作為先進(jìn)制造技術(shù)之一，3D打印技術(shù)所具有的數(shù)字化、智能化、個性化、定制化的核心理念，必將引發(fā)一場劃時代的軍事技術(shù)革命和作戰(zhàn)方式變革。當(dāng)前，以美國、歐盟為代表的世界主要軍事強國已經(jīng)嗅到了這股浪潮的氣息，紛紛制定標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)技術(shù)、推廣應(yīng)用，以期在新一輪軍事變革中占據(jù)有利位置。在未來信息化戰(zhàn)爭中，3D打印技術(shù)的成熟應(yīng)用，對推動軍隊建設(shè)和保障方式發(fā)展將產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

      武器裝備實現(xiàn)隨時、隨地、按需生產(chǎn)

      3D打印技術(shù)給武器裝備帶來的變化無疑是革命性的。它可直接用于戰(zhàn)場武器裝備的維護(hù)與保障。在未來信息化戰(zhàn)場上，技術(shù)保障人員可隨時利用攜帶的3D打印機，直接把損毀的武器裝備部件打印出來，裝配后可重新投入戰(zhàn)場?？梢灶A(yù)見，未來不僅小型gun、簡單物資可實現(xiàn)打印，軍艦、飛機、坦克等大型、復(fù)雜的武器裝備，甚至軍事基地等都可用3D打印機直接或間接“制造”出來。

      當(dāng)前，它已開始在戰(zhàn)爭中小試牛刀。外媒報道稱，美國陸軍2011年就向阿富汗部署了3D打印移動實驗室，為士兵現(xiàn)場創(chuàng)建工具和其他設(shè)備。該實驗室能通過使用3D打印機和計算機數(shù)字控制設(shè)備將鋁、鋼材和塑料生產(chǎn)加工成所需零部件，從而實現(xiàn)在戰(zhàn)區(qū)內(nèi)快速生產(chǎn)原型產(chǎn)品。美國陸軍計劃通過這種做法增強單兵作戰(zhàn)、戰(zhàn)區(qū)巡邏以及小型前線作戰(zhàn)基地的可持續(xù)能力。同時，美國陸軍也在加速3D打印技術(shù)實戰(zhàn)化部署，以提高戰(zhàn)時裝備保障能力，降低武器裝備造價成本，增強持續(xù)戰(zhàn)斗力。

      與武器裝備生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝模式不同，3D打印技術(shù)集概念設(shè)計、技術(shù)驗證與生產(chǎn)制造于一體，這必將極大縮小武器裝備從“概念”到“定形”的時間差，從而加快武器裝備的更新周期，實現(xiàn)隨時、隨地、按需生產(chǎn)。有媒體報道，殲-10戰(zhàn)斗機研發(fā)用了近10年時間，而運用3D打印技術(shù)后，我國在3年時間內(nèi)就推出了艦載機殲-15，直接跨入第三代艦載戰(zhàn)斗機方陣。目前，3D打印技術(shù)已被全面應(yīng)用于殲-20隱形戰(zhàn)斗機和殲-31第五代戰(zhàn)斗機的研發(fā)中。不容置疑，3D打印技術(shù)正在制造空軍發(fā)展的“中國速度”。

     而美國政府為重振制造業(yè)建立的15所3D打印技術(shù)研究院中，有2所歸國防部控制，專注于開發(fā)建造軍隊數(shù)字資料庫和新型金屬材料，用來簡化制造“復(fù)雜的武器系統(tǒng)”。

實現(xiàn)后勤保障革命性變化

      未來信息化戰(zhàn)爭中，3D打印技術(shù)的重要價值還在于使得戰(zhàn)場保障方式發(fā)生革命性變化：將由以依托后方為主，變?yōu)橐躁嚨亍癉IY”為主，即由作戰(zhàn)人員在戰(zhàn)地自助生產(chǎn)行動所需的后勤藥品、食品和物資等。據(jù)2012年4月美國國防部公布的《政府計劃》，美軍期望在非戰(zhàn)爭軍事行動中，通過3D打印技術(shù)現(xiàn)場制造出能夠滿足實際所需的食品、藥品和裝備，從而率先實現(xiàn)后勤保障的革命性變化。

      戰(zhàn)場“零傷亡”愈來愈成為世界各國軍隊追求的理想目標(biāo)，其努力途徑之一就是及時有效的醫(yī)療救護(hù)，以提高傷員的生存概率。但受戰(zhàn)場時間、空間、環(huán)境等諸多不確定因素的制約，戰(zhàn)場應(yīng)急救護(hù)往往難以實現(xiàn)效果最佳化。應(yīng)用3D生物打印技術(shù)對受損關(guān)節(jié)、部位甚至器官進(jìn)行小批量、數(shù)字化的定制，能夠最大限度地滿足不同傷員的醫(yī)療需求。目前，通過該技術(shù)打印的無生命修復(fù)形式已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。可以想象，隨著3D打印技術(shù)與醫(yī)學(xué)影像建模、仿真技術(shù)的完美結(jié)合，以及生命物體在結(jié)構(gòu)、材料和活性上的有機統(tǒng)一，3D打印骨植入物、活性軟骨、心臟瓣膜，甚至在人體內(nèi)直接打印活性組織和人體器官，將成為挽救官兵生命的“諾亞方舟”。

      在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境、頻繁的作戰(zhàn)行動和有限的保障方式下，官兵的飲食問題難以做到科學(xué)、營養(yǎng)，在很大程度上不僅影響了官兵士氣，更削弱了戰(zhàn)斗力。利用裝配觸摸屏、內(nèi)置記憶卡、智能數(shù)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的3D食品打印機，通過微型皮膚植入物科學(xué)系統(tǒng)地記錄每一名官兵在作戰(zhàn)行動中的心跳、體重、情緒、睡眠質(zhì)量和燃燒卡路里等無線信號流，經(jīng)過生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)和精確數(shù)控，根據(jù)不同作戰(zhàn)人員每日不同的需求量和飲食喜好，為其量身“打印”營養(yǎng)成分比例合理的新鮮、健康食物，保障官兵在惡劣環(huán)境下的飲食更安全、更營養(yǎng)。

      后勤補給是戰(zhàn)場上最易遭受攻擊的薄弱環(huán)節(jié)。美軍認(rèn)為，3D打印機與戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)、無人駕駛運輸直升機或汽車相結(jié)合將徹底解決這一問題。無人駕駛運輸直升機或汽車能夠源源不斷地將物資原料前運至基地，在無線戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)傳遞的三維設(shè)計圖指導(dǎo)下，3D打印機可以快速制造出需要的軍需物資，實現(xiàn)對庫存變化和戰(zhàn)場需求做出快速反應(yīng)。美國陸軍正計劃通過這種做法增強單兵作戰(zhàn)、戰(zhàn)區(qū)巡邏以及小型前線作戰(zhàn)基地的可持續(xù)作戰(zhàn)能力。

如虎添翼的太空“利器”

      隨著世界各國政治、經(jīng)濟和軍事利益空間的不斷拓展，太空已上升至國家安全戰(zhàn)略的高度，成為爭相探索、開發(fā)的重要領(lǐng)域。與此同時，發(fā)展低成本、響應(yīng)型太空任務(wù)也成為了各國面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和現(xiàn)實課題。

      眾所周知，宇宙飛船內(nèi)可謂是真正的“寸土寸金”，由于攜帶備用零件會增加飛船的體積和重量以及受到宇宙中失重環(huán)境的影響，一旦飛船內(nèi)某個零部件出現(xiàn)故障，及時進(jìn)行更換是十分困難的。而3D打印技術(shù)可以制造過去認(rèn)為復(fù)雜而不經(jīng)濟的產(chǎn)品，并大大減輕產(chǎn)品重量。與機器制造出的零件和產(chǎn)品相比，3D打印的產(chǎn)品更加精細(xì)輕盈，打印出來的產(chǎn)品重量要輕60%，而且沒有與其功能無關(guān)的剩余物。如果利用安裝在飛船中的3D打印機，宇航員們就只需攜帶金屬絲物料按需打印所需零部件，問題便可迎刃而解，既節(jié)省了空間又減輕了負(fù)載。2012年7月，美國“太空網(wǎng)”透露，美國宇航局和國防部正在測試新一代3D打印機，可以使宇宙飛船在繞地球飛行時制造設(shè)備零部件。

      同時，3D打印技術(shù)也為人類在月球上活動提供了可能。據(jù)英國《每日郵報》報道，2013年2月歐洲航天局宣布，計劃讓機器人攜帶3D打印機“空降”到月球上，利用3D打印技術(shù)將月球上的原始土壤轉(zhuǎn)變成建筑材料，建立首個人類基地，并有望在未來40年內(nèi)投入使用。

      3D打印“熱”下的“冷思考”

      3D打印技術(shù)是對人類控制能力極限的挑戰(zhàn)和展示，其實質(zhì)是制造業(yè)向智能化不斷演進(jìn)的歷程。當(dāng)前，我國制造業(yè)正面臨轉(zhuǎn)型升級挑戰(zhàn)，信息化和工業(yè)化的深度融合為這一進(jìn)程提供了前所未有的機遇。

      受技術(shù)裝備、新型材料、設(shè)計軟件、質(zhì)量安全、公共環(huán)境等制約和影響，盡管3D打印技術(shù)已成功地將傳統(tǒng)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝簡單化，將材料領(lǐng)域的疑難問題程序化，但目前僅適用于少批量、小尺寸、高精度、造型復(fù)雜的零部件和元器件的加工制造，還難以代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)大規(guī)模、大批量的加工制造優(yōu)勢。

       尤其是在軍事領(lǐng)域，目前3D打印技術(shù)雖然可能生產(chǎn)出gun、子彈等武器，但遠(yuǎn)達(dá)不到實戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)，它大部分情況下將被應(yīng)用于武器裝備的概念設(shè)計、技術(shù)驗證等。只有將3D打印技術(shù)的個性化、復(fù)雜化、高難度的特點與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)模化、批量化、精細(xì)化相結(jié)合，與制造技術(shù)、信息技術(shù)、材料技術(shù)和生命科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，才能不斷推動3D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。(程科 魯璐 解放軍后勤學(xué)院)