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没有枪没有炮3D打印机给我们造?3D打印的那些事儿

泰吉科技2022-01-15 15:23:14

近日,《解放军报》一篇名为“增材再制造技术走进装备保障体系”的文章7日在中国互联网引发不小的关注。该文称中国海军一艘战舰上装备有一个可快速修复受损零件的微型加工车间,可以让战舰快速恢复战斗力。实际上,增材再制造技术也就是人们熟知的3D打印技术,之前已经开始大量用于装备制造业,该技术用于装备保障领域后,将极大提高保障效益。

3D打印被用于三军装备保障

据报道,元旦过后,中国海军某驱逐舰支队一艘战舰在进港停泊时,绞缆绳的传动齿轮锯齿突然断裂,无法快速抛锚。“紧急关头,机电部门维修人员快速卸下受损齿轮,走进位于船尾的移动方舱对齿轮展开抢修。很快,受损齿轮得到修复。” 报道称,这得益于增材再制造技术的成功应用,方舱“犹如一个微型‘加工车间’,能够快速修复、制造出常用甚至非标零件。” 报道称,舱内摆放着计算机、熔铸设备、成型机,以及铝合金材料、不锈钢粉末等增材再制造必需材料。通过计算机内存储的大量备件三维数据模型,成型机可根据模型对受损零件进行快速修复,部分简易零件可现场制造,大大提高了战时装备保障效率。该文章称,目前这项技术已通过总部评审,走进三军装备保障体系。

2014年7月22日记者赴解放军装甲兵工程学院参观时便在现场发现了等离子熔覆成形再制造方舱,这实际上也是增材再制造的一种。据院方介绍,该方舱可以利用这项技术,快速制造战损部件。目前,主要是打印金属部件,打印速度为每分钟80克到100克,但炮膛等高精度部件目前还无法通过打印完成。

中国步入3D打印第一梯队

据专家介绍,增材制造(AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,这是一种三维实体快速自由成形制造新技术,综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术的优势,也有人称之为“快速原型制造”、“3D打印”、“实体自由制造”。西方媒体把这种实体自由成形制造技术誉为将带来“第三次工业革命”的新技术。

实际上,这项增材再制造技术已经广泛用于制造业。2014年1月,一架采用了3D打印技术生产的零件的“狂风”战斗机完成试飞,并被英媒认为是航空制造领域大规模使用3D打印技术的标志性事件。

中国在这一领域应用也已经步入世界第一集团。中航工业的资料显示,从2001年起,我国开始重点发展以钛合金结构件激光快速成型技术为主的激光3D打印技术。歼-15的总设计师孙聪也曾透露,钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。其中于2012年10月至11月首飞成功的机型,广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分,包括整个前起落架。此外,相关技术还广泛用于中国的C919大飞机的制造,。目前,我国成为世界上继美国之后第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成型技术的国家。

此前,中国军方媒体还曾披露,哈尔滨舰赴亚丁湾执行护航任务时,战舰柴油机上一根重达25公斤的轴承断裂,导致主机突然无法启动。为修复主机,舰员自己动手照着图纸加工了一根“与原件相似的轴承”。而有了3D打印技术,可以快速修复或者制造非常复杂的精密零件,不仅不会把装备后送,而且维修后的效果不比后方工厂差。
备受瞩目的3D打印技术正在被悄悄地运用于军事领域。有关专家指出,社会生产方式决定武器装备生产模式,3D打印技术正在引发一场军事制造业的革命,变化的不仅是武器装备工艺研发模式,还有军队的保障方式。

未来战争中,利用3D打印技术,无论是武器装备,还是军需物资,都可能实现“DIY”,即由作战人员在战地自助生产行动所需的装备物资。

3D打印技术,是在计算机辅助设计数据的指引下,综合运用电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等系列技术,将特定金属粉末或记忆材料按照电子模型图的指示一层层叠加起来,最终形成实物模型。

据简氏集团网站2013年1月11日报道,美国陆军已将其第2个移动远程实验室部署到阿富汗地区。该实验室能通过使用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材生产加工成所需零部件,从而实现在战区内快速生产原型产品。

与武器装备生产的传统工艺模式不同,3D打印技术集“概念设计”、“技术验证”与“生产制造”于一体。全球最大的3D打印机生产商Stratasys亚太区总经理乔纳森·嘉格隆指出,“凡是能够通过计算机三维设计出的东西,都能利用3D打印机制造出来。”这必将极大缩小武器装备从“概念”到“定形”的时间差,从而加快武器装备的更新周期。

资料表明,歼-10飞机研发用了近10年时间,而运用3D打印技术后,我国在3年时间内就推出了舰载机歼-15,直接跨入第三代舰载战斗机方阵。在我国国防科技装备领域,目前,3D打印技术已被全面应用于歼-20隐形战斗机和歼-31第五代战斗机的研发中。有外媒惊呼,3D打印机正在制造空军发展的“中国速度”。

除了能够提升武器装备的研发速度外,3D打印技术还能大幅降低武器装备的造价成本。

传统的武器装备生产主要是做“减”法。原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序,除去多余部分形成零部件,然后被拼装、焊接成产品。这一过程中,将有90%的原材料被浪费掉。美国F-22战机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框,所需毛坯模锻件重达2796千克,而实际成形零件重量不足144千克, 材料的利用率仅为4.90%。相关专家指出,贵重材料的损耗已成为高科技武器装备造价居高不下的重要原因。

与传统工艺不同,3D打印技术做的是“加”法。在武器装备及其配件生产过程中,无需原胚和模具,3D打印机可直接根据计算机图形数据,通过层层增加材料的方法“打印”出高精尖的武器装备与配件。由于是按需取材,整个生产过程几乎没有任何浪费。评估表明,如果美国计划生产的3100架F-35战机,完全运用3D技术制造零部件,可能节省数十亿美元成本。


在军事领域,3D打印技术的重要价值还在于使得战场保障方式发生了革命性变化:由以依托后方为主,变为以阵地“DIY”为主。

我们知道,后勤补给是战场上最易遭受攻击的薄弱环节。阿富汗战争期间,美军不得不动用大量作战力量以确保补给畅通和保障人员安全。美军认为,3D打印机与战场网络、无人驾驶运输直升机或汽车相结合将彻底解决这一问题。

根据美军设想,在未来战场上,装备有3D打印机的美军士兵即使在远离后方的前进基地,也不用担心保障问题。无人驾驶运输直升机或汽车能够源源不断地将物资原料前运至基地,在无线战场网络传递的三维相片或三维设计图指导下,3D打印机可以快速制造出需要的武器装备和军需物资。

美国陆军训练与条令司令部未来战争研究部主任凯文·费利克斯上校认为,3D打印技术将使美国陆军变得更加轻便和迅捷。美国陆军正计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地的可持续作战能力。

当然,也有专家对此提出质疑。由于目前3D打印机相对比较笨重,再加上各种原材料的重量,反而会降低作战部队机动速度。

另外,目前3D打印技术虽然可能生产出手枪、子弹等武器,但远达不到实战标准。他们认为,3D打印技术最大的价值在军事科技领域,它大部分情况下将被应用于武器装备的概念设计、技术验证,若将其直接用于实战,结果不会是“军事后勤革命”,而是“保障灾难”。

基于以上考虑,目前五角大楼有关3D打印技术的实战化运用主要集中在人道主义救援和抢险救灾等非战争军事行动中。,美军期望在上述行动中,通过3D打印技术现场制造出能够满足实际所需的食品、药品和装备,从而率先实现其后勤保障的革命性变化。(作者单位:军事科学院)
美国公司用3D打印技术造火箭发动机以替代RD-180

据美国下一代政府网站2014年10月23日报道,。与此同时,美国挤压研磨公司和航空喷气发动机-洛克达因公司正在通过3D打印技术建造发动机,该发动机可替代RD-180发动机,用于“宇宙神”-5火箭执行军事发射任务以及未来美国国家航空航天局(NASA)载人航天发射任务。该发动机大部分部件将使用3D打印技术建造,由于3D打印技术可节省大量时间和成本,因而能加速RD-180替代方案的研发进程。

美国挤压研磨公司企业发展部负责人库克表示,两家公司合作的研发团队已建造了该火箭发动机的关键部件预燃室,过去建造该部件通常需要15个月,而合作团队仅用了15天,并计划在今年底前测试该部件。早在提出RD-180更换计划提出之前,两家公司已为该3D打印项目开展了两年的研发工作。

9月,19名国会议员曾致信奥巴马,提出在2019年前推进RD-180更换项目的工作,,为该项目拨款4000万美元。除了美国挤压研磨公司和航空喷气发动机-洛克达因公司的合作团队,关注RD-180更换项目的其他公司还包括与联合发射联盟合作的蓝色起源公司。此外,ATK公司还提出固体燃料火箭发动机方案,而蓝色起源公司和合作团队的方案为液体燃料火箭发动机。

据估计,RD-180替代方案的研发工作可能将花费5至7年,成本可能为数亿美元甚至高达50亿美元。但库克表示,两家公司的合作团队认为,,并在2019年完成适飞的发动机。(冯云皓 编译)

3D打印不是万能的

据法新社报道,美国军队已经投巨资试图用3D打印技术生产制服、人造皮肤甚至食物。麻省理工学院的科学家还发明了“4D打印”,能在接触水等元素时变色的物质。英国国防企业还发布一个动画视频,设想一架飞机能在机体内打印出另一架飞机,然后从机身下面发射出去。但3D打印技术真的万能吗?

一名不愿透露姓名的中国技术专家介绍称,3D打印目前主要有三大用途:一是在战场上快速打印战损零部件;还有一个用途是个人定制,满足个性化需求;第三个用途是用于特别大型、复杂的贵重部件的制造。

不过,这名专家认为,3D打印技术在现有技术条件下,加工制造精度还无法与现代高精度切削工艺相媲美,因此很多要求较高的零部件,还需要二次加工,这种技术的主要优势体现在节省贵重原材料、节省工序、可以制造传统工艺无法完成的复杂构件等方面。

来源:环球时报、中国青年报、中国载人航天工程网






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