3D打印技術在武器裝備維修中的應用研究

王帥 宋敬峰

【摘 要】21世紀初期，3D打印技術在金屬零部件制造的應用取得了重大突破，并開始應用于飛機、火箭等裝備部分零部件的制造，這為該技術在武器裝備維修中的應用提供了契機。為了探討3D打印技術在武器裝備維修中的應用，分析了3D打印技術在裝備維修中應用的優勢。探討了3D打印技術在裝備維修中的應用，研究表明，3D打印技術在武器裝備維修方面具有廣闊的應用前景。

【關鍵詞】3D打印；武器裝備；維修應用

3D打印技術的專業術語為“快速成型技術”，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。理論上只要有3D模型電子設計圖紙及打印材料，就可以根據需要，采用3D打印技術快速制造出各種部件。因此3D打印技術被廣泛應用于小批量和復雜零部件的制造，在武器裝備研制、制造和維修以及戰場搶修等方面具有廣闊的應用前景。

1.武器裝備維修現狀分析

武器裝備在使用過程中，不可避免會出現由于零部件損壞或失效造成的故障。目前對于零部件故障的維修，大多采用備份零部件對損壞零部件進行替換的方式進行裝備維修。這種裝備維修模式，雖然可以在武器裝備發生零部件故障時快速維修，保持和恢復武器裝備的性能，但是仍然存在如下問題。

1.1保障過量

武器裝備通常為高科技裝備，且武器系統組成復雜，使用的零部件也成千上萬。武器裝備的高科技特性意味著隨著科學技術的進步和發展，其更新換代也較快。一旦武器裝備退出現役，該裝備的零備件也隨之報廢。如果所有的零部件都存在大量實物備份，可能會出現在武器裝備服役到退役的有限時間里，大量備份零部件因從未得到使用而大量浪費。

1.2保障不足

武器裝備使用零部件種類繁多，各種零部件的使用時間以及出現故障的概率各不相同，尤其是在戰場上，各種零部件損壞的情況更加難以預測。如果所有的零部件都按相同的數量進行備份，則可能出現部分零部件存在較大富余、部分零部件卻不夠用的情況。

1.3保障效率不高

武器裝備使用的零部件數量巨大、種類繁多，不可能將所有的零部件都攜帶至武器裝備使用場地，且采用人工在大量的零部件中找到所需的備份零部件，時間難以得到保證。如果武器裝備的某些零部件出現故障，而現場找不到備用零部件進行替換，或者不能及時進行損壞零部件的更換，都有可能影響武器的使用。

1.4維修工藝要求較高

現代武器裝備使用的零部件，絕大部分對維修工藝較高的要求，需要專用維修設備，有的零部件還需要專用的維修工具和專業的技術人員。

2.應用3D打印技術的優勢

將3D打印技術應用于裝備維修，則能夠解決傳統裝備維修保障存在的幾大問題，具體如下。

2.1解決保障過量和保障不足問題

在未來戰爭中，一旦武器裝備出現零部件損傷，利用3D打印技術可以直接在戰場上把所需要的零部件“打印”出來，從而及時、精確地完成受損裝備的維修保障，快速恢復作戰能力。

2.2解決裝備維修效率不高的問題

在裝備維修中應用3D打印技術，可以將攜帶實物零部件轉換為攜帶3D打印機和打印材料，從根本上解決了難以攜帶全部備份零部件的問題；還可以將所攜帶零部件實物轉換為計算機數據庫中3D模型數據，使裝備維修的針對性將更加明確，裝備維修的速度將得到較大的提高。

2.3解決復雜零部件生產周期長的問題

從3D設計到零件的加工完成只需幾小時到幾十小時，整個過程數字化，可隨時修正、隨時制造。3D打印的過程與零部件的復雜程度無關，是真正的自由制造。對于一些結構復雜零部件的制造，采用3D打印技術后生產周期明顯縮短。

2.4彌補裝備維修設備建設滯后的現狀，提升保障能力

武器裝備技術含量高，維修工藝要求更高，較多零部件的維修需要專用的維修設備和維修工具。但是有些修理廠或維修廠因為相應的修理設備、工具跟不上發展需求，所以在具體組織、實施裝備保障上有一定難度，這在一定程度上影響和制約著武器裝備維修保障能力的提高。采用3D打印技術，通過預先準備零部件的3D模型數據，維修人員不僅可以直接制造出所需的零部件，還可以借助網絡和生產廠家聯系，獲得維修工具的相關數據資料，并現場打印維修所急需的維修工具；必要時，還可由后方設計人員根據前線維修需求臨時設計新的維修工具，改善裝備維修設備建設滯后的現狀，提升保障能力。

3.3D打印技術在武器裝備維修中的應用

3.1在組合件一體化成型中的應用

零部件的組裝是航空、航天制造產業需要重點考慮的問題。一般而言，產品的組成部件越多，組裝耗費的時間和成本就越高。3D打印技術能實現零部件一體化成型，省去了零部件組裝的麻煩。如民用航空發動機LeapX的一些關鍵組合件（包括燃油噴嘴）就是通過3D打印技術制造的。若采用傳統生產工藝，制造1個燃油噴嘴，需要生產20多個零部件并進行組合，而采用3D打印技術可以一體化成型制造，且制造出的產品和傳統工藝生產的同類產品相比，質量減輕了25%，使用壽命也延長了將近5倍。由此可見，采用3D打印技術進行部分組合件的一體化成型制造，可以降低制造成本及維護成本。武器裝備中存在大量的組合零部件，這些零部件也可以考慮采用3D打印技術進行一體成型制造。

3.2在結構件維修中的應用

3D打印技術的一個顯著優點，就是可以根據零部件的3D數字模型，對老舊或損傷零部件進行維修與工裝。目前，國內外已經有采用3D打印技術對復雜結構件進行維修的實例。3D打印技術也完全可以應用于武器系統受損部件維修。基于3D打印技術，一些特制的3D打印機則可根據相應3D建模技術中所存儲的完好零件的形狀與尺寸，對武器裝備損傷部分進行噴印修復。對于磨損程度未達到更換標準的備用件，諸如磨損的軸承、發射車輪胎部件，也可以通過3D打印技術進行小范圍的修補，大大降低更換零部件的成本。

3.3新型保障模式探討

武器裝備的常用備份零部件種類繁多，以某型武器裝備為例，該型武器的備附件及配套工具主要有以下十大類：①各種裝備、車體；②各種面板、架體、支桿；③防塵蓋、藥盒蓋、接頭堵蓋、裙保護蓋等金屬蓋；④各種閥門；⑤傳動箱和軸套；⑥驅動軸；⑦各種軟硬導管（氣、液管路）；⑧各種連接線；⑨各種輪胎、車輪；⑩各種密封件、螺釘、墊片等。

這十大類的零部件中，有一些結構簡單、體積較小，且目前對應的傳統工藝有較強制造能力，如架體、支桿、連接線、螺釘和墊片等，這類零部件采用實物備份比較合適。而另一些結構復雜、尺寸較大且需要專門車間才能制造的零部件，如車體、防塵蓋等各種金屬蓋、傳動箱和軸套以及驅動軸等，可能采用3D打印技術進行制造的成本更低、制造時間更短、需要的配套設施更少。因此，武器裝備的維修模式可以考慮采用實物備份和3D打印設備備份相結合的模式。

4.結束語

目前，3D打印技術正處于飛速發展階段。3D打印材料的種類正在逐步增加，特別是復雜金屬材料的3D打印取得了較大突破，其產品的性能也在穩步提升。由公開的報告可以看出，3D打印產品的各種性能已經接近于目前鍛造的同類零部件。3D打印的速度也在逐步加快，特別是一些復雜金屬零備件，其制備速度快于傳統制造的速度。可以預見，在不久的將來，將3D打印技術應用于裝備維修是完全可能實現的。

【參考文獻】

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