D打印技術(shù)在軍用工程裝備保障的應(yīng)用研究

姚耀 裴廣紅 張曉潔

摘 要：3D打印技術(shù)目前廣泛的應(yīng)用于軍隊(duì)武器裝備制造和維護(hù)領(lǐng)域，尤其是該技術(shù)的在戰(zhàn)爭(zhēng)中伴隨保障能力突出，可以大幅提高作戰(zhàn)能力。本文從三維打印技術(shù)的概念和特點(diǎn)出發(fā)，探討了3D打印技術(shù)在戰(zhàn)時(shí)工程裝備保障或維修領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景和未來(lái)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);工程裝備;保障維修

0 引言

3D打印技術(shù)是目前非常熱門的高新技術(shù)，號(hào)稱開啟了第四次工業(yè)革命，3D打印技術(shù)在軍事應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用尤其廣泛，涉及戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)、作戰(zhàn)式樣、指揮方式、武器裝備、編制體制、軍事理論等都將發(fā)生重大而深刻的變化。尤其是在工程裝備保障領(lǐng)域。工程裝備作為軍隊(duì)作戰(zhàn)體系的重要組成部分，但是一直面臨易防御能力弱，裝備維護(hù)費(fèi)用高，戰(zhàn)時(shí)補(bǔ)給備件跟不上等問題，這些因素使工程裝備在戰(zhàn)時(shí)會(huì)限制效能發(fā)揮，影響戰(zhàn)斗進(jìn)程。而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)可以很好的解決這些問題。

1 3D打印技術(shù)的概念及特點(diǎn)

1.1 3D打印技術(shù)的概念

利用三維模型而將各種粉末、零散材料逐層疊加打印而形成任何形式的固態(tài)體，這種技術(shù)被稱為3D打印技術(shù)，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，這種技術(shù)無(wú)需機(jī)械模具、無(wú)需復(fù)雜生產(chǎn)流程，只需一臺(tái)3D打印機(jī)就可以迅速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)。目前，隨著3D打印技術(shù)的逐漸成熟，3D打印技術(shù)在戰(zhàn)時(shí)工程裝備保障或維修領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

1.2 3D打印技術(shù)的特點(diǎn)

由于3D打印技術(shù)采用了數(shù)據(jù)建模和參數(shù)化的技術(shù)方法，因此能夠有效地控制打印精度，非常適合有高精度要求的產(chǎn)品。 其次，3D打印技術(shù)消除了生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，制造模具，切削產(chǎn)品的需要，從而大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率; 而且，3D打印制造產(chǎn)品不需要生產(chǎn)專門的生產(chǎn)場(chǎng)地，生產(chǎn)產(chǎn)品也不受規(guī)格尺寸的限制，因此可以快速制造定制產(chǎn)品，由此表明3D打印技術(shù)的特點(diǎn)非常吻合軍事生產(chǎn)的需要。

2 3D打印技術(shù)在工程裝備保障應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 高原高寒地帶的應(yīng)用

目前高原地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)、空氣稀薄，而高寒地帶又存在海拔低、氣溫嚴(yán)寒的氣候現(xiàn)象，這兩種極端氣候容易對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損壞，如機(jī)械軸承損壞和渦輪增壓器異常運(yùn)行。在這種情況下，如果從后方供應(yīng)，就存在運(yùn)輸緩慢的問題，使用3D打印機(jī)可以在現(xiàn)場(chǎng)快速制造和維修。以聯(lián)軸器為例，只要操作人員打開電腦將聯(lián)軸器的3D模型數(shù)據(jù)輸入到相關(guān)軟件中，然后將金屬粉末等材料裝入3D打印機(jī)中，打印機(jī)就會(huì)按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逐層打印和固化，然后快速制作聯(lián)軸器并安裝使用。

2.2 大尺寸工程裝備配件修復(fù)中的應(yīng)用

目前，軍事工程裝備配件體積龐大，重量大，受各種運(yùn)輸條件的限制，戰(zhàn)時(shí)存儲(chǔ)和運(yùn)輸這些大型機(jī)械零件會(huì)造成后勤保障的負(fù)擔(dān)。例如，工程設(shè)備配件中驅(qū)動(dòng)齒輪的斷齒，常用于驅(qū)動(dòng)坦克和輕型履帶式工程設(shè)備。在高原的高山地區(qū)和崎嶇的山區(qū)，很容易過(guò)度磨損并損壞。在戰(zhàn)時(shí)，如果此類配件供應(yīng)不及時(shí)，將影響工程兵部隊(duì)逢山開路，遇水架橋，為部隊(duì)開辟通路的時(shí)間。 輕則則會(huì)延誤戰(zhàn)機(jī)，重則部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力會(huì)受到極大影響。 但是3D打印機(jī)以其性能特點(diǎn)，生產(chǎn)零部件無(wú)需場(chǎng)地，尺寸的限制，能夠快速制造所需零件并且快速維修裝備，從而使裝備快速回到戰(zhàn)場(chǎng)，提高部隊(duì)作戰(zhàn)效率。

2.3 工程裝備維修在美軍部隊(duì)中的的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在裝備維修領(lǐng)域中的應(yīng)用中，較為成功的案例是發(fā)生在美國(guó)，早在2012年，美軍已經(jīng)使用了3D打印技術(shù)制造單兵防護(hù)裝備以及工程裝備的零部件。并且在阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)，美軍部署了大量設(shè)有3D打印機(jī)的集裝箱，美軍稱其為設(shè)備維修醫(yī)院，在集裝箱中使用3D打印機(jī)生產(chǎn)各種戰(zhàn)場(chǎng)所需的設(shè)備，小到槍零件，大到工程裝備零件，按需生產(chǎn)，應(yīng)有盡有，極大地保證了美軍部隊(duì)在阿富汗戰(zhàn)時(shí)維修保障需要，提高了打擊恐怖分子的效率。可以看出，通過(guò)3D打印技術(shù)在工程設(shè)備維護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)支持戰(zhàn)時(shí)工程裝備運(yùn)行和維護(hù)有了很大的提高。與傳統(tǒng)的設(shè)備維修模式相比，在3D打印技術(shù)背景下，設(shè)備維修所需的備件無(wú)需在工廠制造，而無(wú)需為了將零件運(yùn)送到戰(zhàn)地而進(jìn)行長(zhǎng)途運(yùn)輸，只需要設(shè)備維修人員使用各種粉末原料作為耗材，現(xiàn)場(chǎng)打印零件可以保證設(shè)備維修的需要，提高軍事保障能力，快速恢復(fù)戰(zhàn)時(shí)設(shè)備的使用功能。

3 3D打印在戰(zhàn)時(shí)工程裝備保障或維修領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)

自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，3D打印技術(shù)開始走向成熟，并逐步應(yīng)用于戰(zhàn)時(shí)工程裝備領(lǐng)域，它在工程設(shè)備支持和維護(hù)方面的應(yīng)用價(jià)值也得到了初步揭示，隨著3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，其軍事應(yīng)用將更加廣泛，應(yīng)用功能也將更加強(qiáng)大。例如，在高原高寒地區(qū)作戰(zhàn)，部隊(duì)不需要運(yùn)送大量裝備備件，只需攜帶3D打印機(jī)，必要的物資，零件參數(shù)文件，在戰(zhàn)場(chǎng)上需要哪些零件，就直接制造哪些零件用于裝備維修。從3D打印技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，其制造水平將進(jìn)一步提高。戰(zhàn)時(shí)工程設(shè)備維修中，可以快速，準(zhǔn)確地對(duì)損壞的設(shè)備或備件進(jìn)行維修，從而提高裝備運(yùn)行效率，影響戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)程。

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