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深度解析3D打印技术对武器装备发展的影响

http://www.printing.hc360.com2017年04月21日09:55 来源:南极熊3D打印网T|T

    3D打印技术与传统制造相比,3D打印具有小批量制造成本低、速度快,复杂制造能力好,材料利用率高,适应性好等优点,应用于武器装备发展时能够显著缩短武器装备研制时间,减少研制费用,提高武器装备性能,降低武器装备成本,提高维修保障时效性与精度。在世界各国的广泛关注与大力推进下,近年来3D打印技术的发展与应用不断取得突破,显示了良好的军事应用前景,将对武器装备的发展产生深远影响。

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    一、3D打印技术不断取得突破,军事应用取得重要进展

    近年来,3D打印技术日益受到重视,关键技术研究不断取得突破,性能不断提升,在军事领域的应用取得重要进展,进入发展与应用的快车道。

    1.3D打印技术日益受到重视

    3D打印成为各国全力抢夺的战略重点随着快速成型技术、材料技术等关键技术的发展,3D打印技术的应用前景日益凸显,成为多个国家的发展重点。美国将3D打印技术列为国家重点发展技术,集全国之力进行发展,抢占发展先机。2012年,美国在重整制造业计划中将3D打印技术列为重点发展的11项技术之一,并作为其“全美制造业创新网络”首家研究中心的主要研究方向。“全美制造业创新网络”是美国“制造创新国家网络”计划的产物,由15家制造业创新研究所组成,主要研究对美国制造业发展具有重要作用的创新技术。我国也高度重视3D打印技术,采取多种措施推动其快速发展。总装备部、国防科工局、国家自然科学基金委员会等部门对钛合金结构件激光快速成形进行了持续多年的重点资助,取得了显著成绩。科技部正在制定3D打印技术发展战略,必将进一步推动其快速发展。

    2.3D打印技术不断取得突破,技术成熟度及性能不断提升

    近年来,3D打印技术的研究稳步推进,取得系列重要进展,技术成熟度及性能不断提升。美国3D打印技术研究取得重要进展,技术成熟度及性能显著提升,初步达到工业应用水平。2012年,美国Sciaky公司的新型电子束3D打印技术取得重要突破,具备大型金属部件加工能力,美国国防部和洛克希德·马丁公司准备将其用于生产F-35战斗机的钛、钽、铬镍铁合金等高价值材料的高品质零部件,前期检测全部达到要求。3DSystems公司的激光熔融技术取得重要进展,美国空军将在此基础上开发用于打印F-35战斗机和其他武器系统的3D打印机

    美国太空制造公司的太空3D打印技术的成熟度达到6级,具备在太空中的模型或样机演示能力,2012年11月获得NASA的第二阶段合同,进一步将技术成熟度提升到8级,完成实际系统并通过试验和验证,最终具备应用于太空站维修、升级和延寿,载荷升级改进,硬件太空制造等方面的能力,2014年向国际空间站运送首台3D打印机。我国的激光快速成形3D打印技术已达到世界领先水平。北京航空航天大学已掌握使用激光快速成形技术制造超过12平方米的复杂钛合金构件的技术,并成功应用于武器装备研制,相关成果“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获2012年度国家技术发明奖一等奖。西北工业大学掌握了一次打印超过5米长的钛金属飞机部件的3D打印技术[9]。

    3.3D打印技术应用不断拓展与深化,技术效益不断发挥

    随着技术成熟度及性能的提升,3D打印技术近年来应用领域不断拓展,在武器装备设计、制造、维修等领域发挥日益重要的作用。设计方面,美国NASA在设计新一代大型运载火箭的核心部件时,利用大型Makerbot3D打印机进行模具成型,制造设计部件。此3D打印机采用选择性激光熔炼技术,用激光将金属粉末加热成型,相比数控机床制造,既可以缩短制造时间,又可以提高制造精度,降低制造成本,一举多得。制造方面,3D打印技术在大型、复杂部件制造等方面的应用不断取得突破。

    2002年,美国开始将激光成形钛合金零件装上战机试验。但由于无法解决制造过程中钛合金变形、断裂等技术难题,美国始终只能生产小尺寸钛合金部件和对钛合金零件表面进行修复[8]。近年,美国积极开展3D打印技术生产大型钛合金部件的研究。美国军方和军工企业正与3DSystems和Sciaky等3D打印技术公司合作,推进大尺寸钛合金3D打印技术在战斗机制造上的应用。     

    2013年,美国开始使用3D打印技术批量生产喷气发动的燃料喷嘴。在3D打印技术应用于轻型物质制造方面,2013年,美国“固体概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金属gun,能够连续发射50发子弹并保持完好。维修方面,美国已开始部署基于3D打印技术的维修保障装备。2012年7月和2013年1月,美军部署了两个移动远征实验室,用于装备维修保障。此移动远征实验室是一个20英尺长的标准集装箱,可通过卡车或直升机运送至任何地点,利用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材等原材料加工成所需零部件。

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责任编辑:刘洋

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