在缺少設(shè)計(jì)圖紙細(xì)節(jié)的情況下，助力老式“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)一飛沖天的就是增材制造技術(shù)。相比于傳統(tǒng)制造，增材制造不需要模具、刀具、夾具以及多道加工工序，只需要一臺(tái)簡(jiǎn)單設(shè)備就可快速而精密地“自由制造”出各種形狀復(fù)雜的奇特零件，可謂是現(xiàn)代加工制造領(lǐng)域的“顛覆者”。近年來(lái)，隨著增材制造技術(shù)的突破性進(jìn)展，世界軍事大國(guó)紛紛將目光集中在這一重要領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)防部、歐洲防務(wù)局等相繼推出“增材制造路線圖”或開展前沿性軍事應(yīng)用研究，欲將增材制造打造成未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)裝備維修保障領(lǐng)域的技術(shù)“大拿”，甚至有望成為軍事裝備發(fā)展變革的新型動(dòng)力引擎。
人們習(xí)以為常的傳統(tǒng)制造，最大的問(wèn)題就在于其是“減材制造”。這種成熟于工業(yè)革命時(shí)期的制造方法，必須首先找到較大的材料物體，從較大的外形開始制備或修形，直至通過(guò)去除部分材料裁剪到理想形狀。這種“不緊不慢”的制造流程，往往需要多次嘗試才能得到合適的生產(chǎn)模型。同時(shí)，生產(chǎn)各種復(fù)雜零部件的工具也要花去大量時(shí)間。隨著現(xiàn)代社會(huì)節(jié)奏的日益加快，它已不能適應(yīng)裝備制造的發(fā)展要求。
如今，可實(shí)現(xiàn)“復(fù)制再制造”的增材制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。增材制造技術(shù)是一種把各種材料添加到一起逐層疊加，以形成更大物體的技術(shù)。增材制造技術(shù)的出現(xiàn)，使得原本難以復(fù)制的高精度材料變得“得來(lái)全不費(fèi)工夫”，甚至可以被批量復(fù)制生產(chǎn)。增材制造技術(shù)主要通過(guò)計(jì)算機(jī)建立三維數(shù)據(jù)模型，依靠材料累加成型，最終得到成型的三維物體材料。尤其是隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，增材制造的內(nèi)涵與類型也不斷發(fā)生變化，目前主要包括光固化打印、選擇性激光打印、熔融沉積打印等。
從理論上講，增材制造不僅制造速度快而且?guī)缀鯚o(wú)所不能。早在2014年，空中客車公司就宣稱利用增材制造技術(shù)完成了飛機(jī)零部件及機(jī)身結(jié)構(gòu)的制造工作。近年來(lái)，隨著工藝過(guò)程不斷優(yōu)化，適用材料品種不斷增加，增材制造技術(shù)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品精度和質(zhì)量獲得穩(wěn)步提升，可以制造各類復(fù)合材料甚至器官的增材制造技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)，將在經(jīng)濟(jì)生活、工業(yè)生產(chǎn)和航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。與此同時(shí)，世界軍事大國(guó)相繼投入巨資開展增材制造技術(shù)研究，或?qū)⒃谖磥?lái)軍事裝備發(fā)展領(lǐng)域形成獨(dú)特的技術(shù)高地。
加速?gòu)膶?shí)驗(yàn)室邁向戰(zhàn)場(chǎng)
其實(shí)，增材制造技術(shù)并不是近幾年的新興產(chǎn)物，早已服務(wù)于國(guó)防軍事等諸多領(lǐng)域。上世紀(jì)80年代，由美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局支持的增材制造技術(shù)就誕生在3D系統(tǒng)公司的試驗(yàn)機(jī)床上，如今它正從實(shí)驗(yàn)室加速邁向戰(zhàn)場(chǎng)。2012年5月，美國(guó)陸軍在阿富汗部署了快速設(shè)備部署實(shí)驗(yàn)室，并首次實(shí)現(xiàn)了在戰(zhàn)斗中使用3D打印技術(shù)。得益于增材制造技術(shù)的優(yōu)異特性，美軍在阿富汗遇到的裝備維修和臨時(shí)改進(jìn)升級(jí)等問(wèn)題，快速設(shè)備部署實(shí)驗(yàn)室都可在極短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出升級(jí)組件，大大提高了作戰(zhàn)效率。
在增材制造領(lǐng)域，美國(guó)空軍可謂駕輕就熟。為實(shí)現(xiàn)航空零部件的快速生產(chǎn)，美國(guó)空軍進(jìn)一步探索出增材制造在生產(chǎn)小型裝備與降低裝配需求等領(lǐng)域的具體方法。以F-18戰(zhàn)斗機(jī)的噴氣管為例，傳統(tǒng)工藝制造的管道由16個(gè)部件組成，而如果使用增材制造技術(shù)，同一管道就可以作為一個(gè)整體來(lái)制作生產(chǎn)，將大大節(jié)省生產(chǎn)成本并提升產(chǎn)品質(zhì)量。目前，美國(guó)空軍已經(jīng)通過(guò)增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了老舊裝備的零部件“延壽”，甚至還將改變未來(lái)大型空軍裝備的生產(chǎn)設(shè)計(jì)方式。
嘗到增材制造甜頭的美國(guó)國(guó)防部更是下決心將增材制造技術(shù)推向戰(zhàn)場(chǎng)。美國(guó)國(guó)防部已于2016年底發(fā)布由陸?？杖姾蛧?guó)防后勤局全程參與的《增材制造路線圖》，主要圍繞裝備維修保障、部署遠(yuǎn)征以及新系統(tǒng)部件采辦3大類應(yīng)用展開，從設(shè)計(jì)、材料、工藝和價(jià)值鏈4個(gè)方面為美軍提升增材制造技術(shù)的戰(zhàn)場(chǎng)“參與度”提供了框架。目前，美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)將增材制造作為“第三次抵消戰(zhàn)略”的新興技術(shù)，并有望成為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)后勤保障的重要技術(shù)手段。
無(wú)獨(dú)有偶，歐洲防務(wù)局也于2017年4月開展“增材制造可行性研究與技術(shù)示范”項(xiàng)目，將增材制造確認(rèn)為提升歐洲工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)之一，并加速推進(jìn)其在戰(zhàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域的前沿軍事部署。
為裝備研制帶來(lái)全新變革
增材制造技術(shù)代表著生產(chǎn)模式和先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)，使得產(chǎn)品生產(chǎn)逐步從大規(guī)模制造向定制化方向發(fā)展，能更好地滿足現(xiàn)代社會(huì)和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)日益多樣化的現(xiàn)實(shí)需求。尤其是增材制造技術(shù)所獨(dú)有的快速機(jī)動(dòng)性、可持續(xù)保障和低成本等優(yōu)勢(shì)，將在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)裝備維修、后勤保障等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
按照美國(guó)國(guó)防部《增材制造路線圖》的構(gòu)想，增材制造技術(shù)除生產(chǎn)“冷冰冰”的裝備及零部件外，還將為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)帶來(lái)許多聞所未聞的新鮮事物。比如，美國(guó)研究人員利用增材制造技術(shù)制造出了活體組織和器官，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的生物激光打印機(jī)已經(jīng)獲得專利批準(zhǔn)，未來(lái)將在創(chuàng)傷性腦損傷、燒傷以及聽力損傷等戰(zhàn)場(chǎng)“常見病”領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
研究人員還利用增材制造技術(shù)在非傳統(tǒng)表面上添加電子電路或天線等，以實(shí)現(xiàn)各種彎曲或黏附到任何物體表面的傳感器研制，或?qū)檐娛挛锫?lián)網(wǎng)的發(fā)展增添一劑“猛料”。更令人驚奇的是，美國(guó)陸軍正在開發(fā)一種利用增材制造技術(shù)完成的食物打印機(jī)，可為士兵提供豐富的菜品選擇，進(jìn)一步提升士兵的作戰(zhàn)能力。
當(dāng)然，除通過(guò)增材制造技術(shù)獲取各類電子器件、傳感器、防護(hù)裝甲、醫(yī)藥品和食物外，實(shí)現(xiàn)航空航天、地面和海上各作戰(zhàn)領(lǐng)域軍事裝備的快速發(fā)展，仍是增材制造走向軍事應(yīng)用的題中應(yīng)有之義。增材制造還將大大推動(dòng)智能化裝備的發(fā)展進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)裝備研制組織與結(jié)構(gòu)一體化發(fā)展，尤其是由各類生物組織、復(fù)合材料等復(fù)雜結(jié)構(gòu)完成的裝備零部件制造。
未來(lái)，增材制造技術(shù)將顯著改善裝備制造流程，提高裝備的戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)性，不僅將為裝備研發(fā)帶來(lái)重大變革，而且會(huì)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)和作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生顛覆性影響。
“復(fù)制再制造”時(shí)代到來(lái)
如今，提到軍事科技創(chuàng)新，人們首先會(huì)想到顛覆性技術(shù)。顛覆性技術(shù)是指另辟蹊徑、可對(duì)傳統(tǒng)或主流技術(shù)產(chǎn)生顛覆性效果的先進(jìn)技術(shù)，或許就是下一場(chǎng)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)勝敗結(jié)果的“顛覆者”。
人們習(xí)以為常的傳統(tǒng)制造，最大的問(wèn)題就在于其是“減材制造”。這種成熟于工業(yè)革命時(shí)期的制造方法，必須首先找到較大的材料物體，從較大的外形開始制備或修形，直至通過(guò)去除部分材料裁剪到理想形狀。這種“不緊不慢”的制造流程，往往需要多次嘗試才能得到合適的生產(chǎn)模型。同時(shí)，生產(chǎn)各種復(fù)雜零部件的工具也要花去大量時(shí)間。隨著現(xiàn)代社會(huì)節(jié)奏的日益加快，它已不能適應(yīng)裝備制造的發(fā)展要求。
如今，可實(shí)現(xiàn)“復(fù)制再制造”的增材制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。增材制造技術(shù)是一種把各種材料添加到一起逐層疊加，以形成更大物體的技術(shù)。增材制造技術(shù)的出現(xiàn)，使得原本難以復(fù)制的高精度材料變得“得來(lái)全不費(fèi)工夫”，甚至可以被批量復(fù)制生產(chǎn)。增材制造技術(shù)主要通過(guò)計(jì)算機(jī)建立三維數(shù)據(jù)模型，依靠材料累加成型，最終得到成型的三維物體材料。尤其是隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，增材制造的內(nèi)涵與類型也不斷發(fā)生變化，目前主要包括光固化打印、選擇性激光打印、熔融沉積打印等。
從理論上講，增材制造不僅制造速度快而且?guī)缀鯚o(wú)所不能。早在2014年，空中客車公司就宣稱利用增材制造技術(shù)完成了飛機(jī)零部件及機(jī)身結(jié)構(gòu)的制造工作。近年來(lái)，隨著工藝過(guò)程不斷優(yōu)化，適用材料品種不斷增加，增材制造技術(shù)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品精度和質(zhì)量獲得穩(wěn)步提升，可以制造各類復(fù)合材料甚至器官的增材制造技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)，將在經(jīng)濟(jì)生活、工業(yè)生產(chǎn)和航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。與此同時(shí)，世界軍事大國(guó)相繼投入巨資開展增材制造技術(shù)研究，或?qū)⒃谖磥?lái)軍事裝備發(fā)展領(lǐng)域形成獨(dú)特的技術(shù)高地。
加速?gòu)膶?shí)驗(yàn)室邁向戰(zhàn)場(chǎng)
其實(shí)，增材制造技術(shù)并不是近幾年的新興產(chǎn)物，早已服務(wù)于國(guó)防軍事等諸多領(lǐng)域。上世紀(jì)80年代，由美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局支持的增材制造技術(shù)就誕生在3D系統(tǒng)公司的試驗(yàn)機(jī)床上，如今它正從實(shí)驗(yàn)室加速邁向戰(zhàn)場(chǎng)。2012年5月，美國(guó)陸軍在阿富汗部署了快速設(shè)備部署實(shí)驗(yàn)室，并首次實(shí)現(xiàn)了在戰(zhàn)斗中使用3D打印技術(shù)。得益于增材制造技術(shù)的優(yōu)異特性，美軍在阿富汗遇到的裝備維修和臨時(shí)改進(jìn)升級(jí)等問(wèn)題，快速設(shè)備部署實(shí)驗(yàn)室都可在極短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出升級(jí)組件，大大提高了作戰(zhàn)效率。
在增材制造領(lǐng)域，美國(guó)空軍可謂駕輕就熟。為實(shí)現(xiàn)航空零部件的快速生產(chǎn)，美國(guó)空軍進(jìn)一步探索出增材制造在生產(chǎn)小型裝備與降低裝配需求等領(lǐng)域的具體方法。以F-18戰(zhàn)斗機(jī)的噴氣管為例，傳統(tǒng)工藝制造的管道由16個(gè)部件組成，而如果使用增材制造技術(shù)，同一管道就可以作為一個(gè)整體來(lái)制作生產(chǎn)，將大大節(jié)省生產(chǎn)成本并提升產(chǎn)品質(zhì)量。目前，美國(guó)空軍已經(jīng)通過(guò)增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了老舊裝備的零部件“延壽”，甚至還將改變未來(lái)大型空軍裝備的生產(chǎn)設(shè)計(jì)方式。
嘗到增材制造甜頭的美國(guó)國(guó)防部更是下決心將增材制造技術(shù)推向戰(zhàn)場(chǎng)。美國(guó)國(guó)防部已于2016年底發(fā)布由陸?？杖姾蛧?guó)防后勤局全程參與的《增材制造路線圖》，主要圍繞裝備維修保障、部署遠(yuǎn)征以及新系統(tǒng)部件采辦3大類應(yīng)用展開，從設(shè)計(jì)、材料、工藝和價(jià)值鏈4個(gè)方面為美軍提升增材制造技術(shù)的戰(zhàn)場(chǎng)“參與度”提供了框架。目前，美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)將增材制造作為“第三次抵消戰(zhàn)略”的新興技術(shù)，并有望成為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)后勤保障的重要技術(shù)手段。
無(wú)獨(dú)有偶，歐洲防務(wù)局也于2017年4月開展“增材制造可行性研究與技術(shù)示范”項(xiàng)目，將增材制造確認(rèn)為提升歐洲工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)之一，并加速推進(jìn)其在戰(zhàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域的前沿軍事部署。
為裝備研制帶來(lái)全新變革
增材制造技術(shù)代表著生產(chǎn)模式和先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)，使得產(chǎn)品生產(chǎn)逐步從大規(guī)模制造向定制化方向發(fā)展，能更好地滿足現(xiàn)代社會(huì)和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)日益多樣化的現(xiàn)實(shí)需求。尤其是增材制造技術(shù)所獨(dú)有的快速機(jī)動(dòng)性、可持續(xù)保障和低成本等優(yōu)勢(shì)，將在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)裝備維修、后勤保障等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
按照美國(guó)國(guó)防部《增材制造路線圖》的構(gòu)想，增材制造技術(shù)除生產(chǎn)“冷冰冰”的裝備及零部件外，還將為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)帶來(lái)許多聞所未聞的新鮮事物。比如，美國(guó)研究人員利用增材制造技術(shù)制造出了活體組織和器官，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的生物激光打印機(jī)已經(jīng)獲得專利批準(zhǔn)，未來(lái)將在創(chuàng)傷性腦損傷、燒傷以及聽力損傷等戰(zhàn)場(chǎng)“常見病”領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
研究人員還利用增材制造技術(shù)在非傳統(tǒng)表面上添加電子電路或天線等，以實(shí)現(xiàn)各種彎曲或黏附到任何物體表面的傳感器研制，或?qū)檐娛挛锫?lián)網(wǎng)的發(fā)展增添一劑“猛料”。更令人驚奇的是，美國(guó)陸軍正在開發(fā)一種利用增材制造技術(shù)完成的食物打印機(jī)，可為士兵提供豐富的菜品選擇，進(jìn)一步提升士兵的作戰(zhàn)能力。
當(dāng)然，除通過(guò)增材制造技術(shù)獲取各類電子器件、傳感器、防護(hù)裝甲、醫(yī)藥品和食物外，實(shí)現(xiàn)航空航天、地面和海上各作戰(zhàn)領(lǐng)域軍事裝備的快速發(fā)展，仍是增材制造走向軍事應(yīng)用的題中應(yīng)有之義。增材制造還將大大推動(dòng)智能化裝備的發(fā)展進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)裝備研制組織與結(jié)構(gòu)一體化發(fā)展，尤其是由各類生物組織、復(fù)合材料等復(fù)雜結(jié)構(gòu)完成的裝備零部件制造。
未來(lái)，增材制造技術(shù)將顯著改善裝備制造流程，提高裝備的戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)性，不僅將為裝備研發(fā)帶來(lái)重大變革，而且會(huì)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)和作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生顛覆性影響。
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