3D打印技术在美国装备研制中的应用

于霞 孙伶俐 张菽（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

3D打印技术在美国装备研制中的应用

于霞 孙伶俐 张菽
（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

本文首先阐释了3D打印技术的概念、起源及其发展历程；然后综述了3D打印技术在美国装备研制中的应用现状，并在此基础上，结合美国装备研制的发展趋势，从4D打印技术、新型3D打印材料以及3D打印技术的安全应用问题三个方面分析研究了3D打印技术在装备研制中的应用趋势，可为相关部门和企业的发展提供思路。

3D打印技术； 装备研制； 现状 ； 趋势

3 D打印技术的概念一经提出，便受到了各行各业的广泛关注，目前已经成为制造业领域一个重点和热点研究方向，在装备制造、模具制造以及汽车等领域得到了非常大规模的应用。3D打印技术由于其巨大的经济效益而受到世界各国的青睐，其中当属美国的装备制造走在3D打印技术的应用前列［1］。

1 3D打印技术

1.1 3D打印技术的概念

3D打印技术是一种快速成型技术，决定国防工业和武器装备发展水平的重要基础性技术，它的基本原理是，把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。

1.2 3D打印技术的起源与发展

3D 打印技术的发展起源可追溯至20 世纪70 年代末到 80 年代初期。1986 年，Charles Hull 率先推出SLA打印技术，将3D 打印技术推到了全新的发展阶段。1993 年，Z Corporation公司获得麻省理工大学教授Emanual Sachs的许可，利用其开发的类似于喷墨式的3D打印技术来生产3D打印机，自此诞生了“3D 打印机”。随着相关技术的快速发展，目前3D打印技术已经发展的非常成熟，3D打印技术产业协会于2015年11月在硅谷注册，成为全球3D打印行业首家非营利性行业商会，成为全球性的3D打印行业组织。在装备制造方面，3D打印技术早已有了一定的应用深度和广度。其中，美国军方在过去的几年内开始了不少重大的3D打印项目。

2 3D打印技术在美国装备研制中的应用现状

3D打印技术自诞生以来，由于其前瞻性的技术特点，被各个国家的相关部分和企业广泛应用于装备制造中，其中领头者当属美国航空航天局（NASA）。3D打印技术在美国装备研制中主要的应用场景包括航空航天、制导武器和无人机这三个方面。

2.1 3D打印技术与航空航天

航空航天技术是决定国家科学进步的核心技术，人类一直致力于将新兴技术应用于航空航天领域。目前，美国NASA喷气推进实验室已经开发出一种新的金属3D打印技术，并被应用于相应的航天器器件的制造过程中。从 2010 年以来，NASA 喷气推进实验室的科学家就一直在研发这项新技术，并试图通过一个标准的 3D 打印工序，让该项金属3D打印技术能够兼容不同的金属粉末，从而被用于航天器的设计和制造当中。

2.2 3D打印技术与制导武器

制导武器的研制决定着国家的国防实力，占据着装备制造中非常重要的一部分。在3D打印技术用于制导武器的研制方面，美国同样走在世界前沿，已经实现使用3D技术制造制导武器的全部组件。3D打印技术可以用于设计和制作精细复杂的电子元器件和电路，从而去实现制导武器中复杂电路的设计，这是目前3D打印技术在制导武器设计与研制方面的主要研究热点［2］。

2.3 3D打印技术与无人机

无人机是由人为操纵的不载人飞机，通过无线电装置和自动控制装置实现，包括军用和民用两种形式，在军事领域，主要被用于完成特殊军事任务。目前，无人机的制造已经进入了 3D 打印时代。3D 打印技术已经应用到无人机部分零部件的加工制造中，但只是作为传统制造的辅助措施，或者是用来生产玩具、航模一类的非重要用途的无人飞行器。通过3D打印技术制造的小型无人机，可降低作战装备成本，满足前线士兵的作战需求，提高作战效率，实现真正意义上的军事现代化［3］。

3 3D打印技术在装备研制中的应用趋势

3.1 4D打印技术

所谓的4D打印技术，即比3D打印多了一个“D”，也就是时间纬度，在3D打印技术的基础上添加时间控制，在设定时间内完成3D打印作业，这是工业自动化与3D打印技术相互融合和发展的产物。目前，该项技术还尚未成熟，随着技术的快速发展，4D打印技术将会被广泛应用在装备研制等领域中。

3.2 新型3D打印材料

目前的3D打印技术是具有高耗能、高浪费、低环保的技术，因此研发新型的3D打印材料势在必行，目前已有多种新型3D打印材料问世。比如，3D打印材料公司Taulman3D曾发布了6种高强度3D打印材料，该公司称这六种材料使用了世界各地制造业、设计师、艺术家最欢迎的聚合物作为原料。随着人类环保意识的增强，新型的清洁材料将是制造业领域的研究重点，因此也是3D打印技术的研究趋势。

3.3 3D打印技术的安全应用问题

科技是一把双刃剑，随着科技的快速进步，如今技术创新的周期明显大为缩短，3D打印技术可以被广泛应用于军事装备制造，因此其具有一定的双面性，虽然还没有到骇人听闻的程度，但仍需对其进行一定程度的道德和法律约束，达到安全发展与应用的目的。

4 结语

3D打印技术作为工业4.0中的热门概念，已经被人类尽可能最大化的开发和利用，尤其是装备制造领域，随着时间的推移，这项技术将会被更加广泛和深刻的应用于全球各个领域，推动科技进步的快速发展。

（References）

［1］朱艳青，史继富，王雷雷，等. 3D打印技术发展现状［J］. 制造技术与机床，2015（12）∶50-57.

［2］古良玲，全晓莉. 3D打印技术在电子元器件研制中的应用展望［J］.电子元件与材料，2014，33（1）.

［3］吴复尧，邱美玲，王斌. 3D打印无人机的研究现状及问题分析［J］.飞航导弹，2015（10）∶20-25.

于霞（1984—），女，山东潍坊人，中国运载火箭技术研究院工程师，研究方向：技术创新管理。