3D打印技术在战时军用工程装备维修领域的可行性研究

姚 耀 张晓洁 刘 蓓

(陆军工程大学训练基地，江苏 徐州 221004)

1 前言

工程装备作为武器装备系统中的重要组成部分，是我军工程兵部队遂行战斗工程保障任务的物质基础．由于战时工程装备防护性能弱，易受敌方火力打击，战时工程装备能否保持完好性，是装备形成战斗力的关键。目前我军工程装备的制造与维修基本还是遵循传统的工艺模式和理念，目前存在：部分工程装备维修性能低下；工程装备维修技术手段落后；工程装备维修力量薄弱；工程装备维修管理不足等问题。与英美德等发达国家相比较尚有比较明显的差距。但是近几年来，3D打印技术突飞猛进，在工业制造维修领域取得了一系列重大突破，将3D打印技术应用于我军的工程装备制造与维修领域，已经成为一种可能。

2 3D打印特点

3D打印技术的本质：首先计算机软件建模。接着将数据参数传递至打印机，3D打印机使用粉末、片状材料逐层打印。各层材料迅速固化黏结，直到打印物体打印结束为止。3D根据其特性：(1)打印精度高，3d打印技术经过多年的发展，已经非常成熟，采用不同的耗材，以及数据建模的参数，可以打印精度在0.3mm的产品，可以满足大多数产品精度要求；(2)产品生产周期短，3D打印采用增材制造方法，无需模具，只需在计算机输入相关参数，3D打印机按照参数打印，此种方法省去模具制造，以及减材环节，省时省料；(3)个性化制造，传统的产品制造受限制于模具的尺寸大小，以及精度要求，造型过于复杂的产品无法大规模制造，而3D打印无场地大小限制，只需足够的耗材，准确的参数都可以打印制造出来。

3 3D打印技术在军用工程装备维修领域的应用

3.1 3D打印及时制造维修配件，减轻保障压力

利用3D 打印技术可以及时直接打印出毁损零部件。未来战争是信息化战争，也是各种精确制导武器展示的舞台，这对战场上的工程装备造成极大的威胁，也对工程装备战时维修是一个极大的考验。目前我军在装备维修领域主要是备件维护。根据战前的预估风险，提前配备好大量的备件，在战斗中根据毁伤的工程装备情况，及时对损毁的部位查找相应的备件进行更换，而战斗中各种不确定风险因素多，有时候会造成带的备件用不上，不带的备件等着用的情况，严重的时候还会因为备件跟不上，贻误战机，影响战斗进程。而且随着战斗的进行，备件的运输，伪装防护也给后勤带来了很多压力。而3D打印机的出现很好的解决了这个问题，在未来的战场上只要一台预先携带工程装备零部件数据的笔记本电脑，再配上3D打印机及配套的耗材，就可以按照零部件尺寸，可以精确的打印出来，及时快速完成维修投入到战场中去，如果没有损伤部件尺寸，也可以通过战场网络，及时联系后方，通过后方传递数据完成打印，或者实现远程打印。如此一来，损伤的工程装备经过维修可以快速的投入到战场当中，大大提高了战斗力。而且有效缓解了备件供应的负担，减轻保障压力。

3.2 3D打印使用原材料无浪费，降低保障成本

传统的零部件的机械加工或生产采用的是切削工艺，也就是平常所说的减材工艺，但是此种工艺费时、费工、费能。例如制造一个金属圆锥体，需要首先制造一个圆柱体，再通过机器切削其三分之二体积，成品只有原材料的三分之一，造成原材料的浪费，而且此种方法不适合制造大型而且复杂的零部件。而3D打印技术恰恰与切削法相反，其运用增材技术，电脑根据零件数据逐层打印，其原材料为金属粉末或塑料粉末，打印过程中耗材几乎不会产生任何浪费，而且没有实用的耗材，回收后还可以继续使用。而且3D打印这个特点还适用于大型而且复杂的零部件制造。

3.3 3D打印技术目前在国内外军队使用情况

美国空军的第552维修中队使用3D打印机制造E3预警机的机翼的空气导管支架。此部件原来需要工人在车间运用专用设备对毛坯进行挤压、切削、打磨到成品需要8小时，而运用3D打印机只需要半小时，而且成品精度高，成本低。仅此部件每年能够节约50万美元。极大地提高了工作效率，大幅降低了人力成本。这对于降低先进工程装备备件的生产成本具有很高的经济价值和参考价值。目前我军从2015年已经开始尝试使用在3D打印机在高原进行装备的保障维修。例如我军在 “补给行动-2015”军需物资油料保障演练时，一辆加油车被战火“损伤”，损伤的部件为联轴器，战场上恰无备件，这时3D打印机派上了用场，操作手将联轴器的部件参数输入电脑中，3D打印机根据输入参数直接在战场上将该部件打印出来，安装到加油车经测试一切正常后立刻投入战场中。此举解决了高原高寒山地作战，常面临“带来的用不上，用得上的没带，后方筹措又太慢”等窘况。此次演练开创了中国人民解放军首次运用3D打印技术维修后勤装备的先河。3D打印机的使用极大的提高了野战抢修效率。因此将3D打印机应用到战时工程装备的维修是完全可行的，而且具有前瞻性的。

4 结束语

3D 打印技术可以把电脑上的数据建模变成实物，在制造成本、制造效率和产品品质以及复杂产品的精细度上都远胜于传统制造技术，是制造领域的一次技术革命。将3D打印技术应用于军用工程装备领域，可以有效地缩短工程装备的研制周期、提高工程装备的生产效率与技战性能、降低工程装备的造价成本、使用3D打印技术极大的提高军用工程装备平时维修与战时抢修能力，必将给军用工程装备的研制保障带来革命性的变化。