來源：解放軍報(bào) 發(fā)布：2019-02-22 04:32:03
●它有魔幻般的制造能力，堪比現(xiàn)代版“神筆馬良”?
●它能如你所愿，將所需物品快速轉(zhuǎn)化為實(shí)物或產(chǎn)品?
●它應(yīng)用廣泛，卻有待人工智能和材料技術(shù)的“加持”
打印制造，堪比“神筆馬良”
打印，這太好理解了，不就是用打印機(jī)打印文件嘛！那么，3D打印有何不同？
3D打印是一種快速成型技術(shù)，其打印或制造過程主要分為兩個(gè)步驟：首先，用3D掃描獲取產(chǎn)品的有關(guān)數(shù)據(jù)并輸入計(jì)算機(jī)，采用建模軟件創(chuàng)建產(chǎn)品的3D設(shè)計(jì)圖，再逐層刨分成一系列橫截面的文件存儲下來。然后，由計(jì)算機(jī)操縱打印機(jī)按照橫截面逐層打印，疊加堆積并粘結(jié)成一個(gè)3D實(shí)體。
與普通打印機(jī)采用噴墨打印不同，3D打印噴出的是粉末狀金屬、塑料、橡膠、陶瓷、樹脂等可黏合的材料，可采用多個(gè)噴頭逐層打印，最后形成實(shí)物或產(chǎn)品，而不是一頁頁的文件，打印過程即為實(shí)物或產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。
3D打印起源于美國，因受限于材料、方法及工藝質(zhì)量，一度發(fā)展十分緩慢，直至近年來隨著科技的進(jìn)步，才引起人們重視，迅速獲得廣泛應(yīng)用。如今，它能打印小到紐扣、螺絲、花瓶、雕像，大到機(jī)器、廠房、橋梁、車輛，以及人體器官、人造皮膚乃至槍炮等，五花八門，似乎有著無所不能的“神力”，魔幻般的制造能力堪比現(xiàn)代版的“神筆馬良”。
3D打印的潛力到底有多大？還有什么它不能制造的東西？人們現(xiàn)在還無法估量，但可以肯定的是，它將繼續(xù)演繹超乎人們想象的新傳奇。
優(yōu)勢很突出，缺點(diǎn)也不少
傳統(tǒng)制造一般需要通過鑄模、鍛造、沖壓、切割、車銑、打磨和拋光等加工工序，3D打印則可將上述過程統(tǒng)統(tǒng)省去，也不需傳統(tǒng)意義上的專業(yè)技術(shù)人員、專門場地或制造車間，優(yōu)勢顯而易見。
加工簡化，速度驚人。傳統(tǒng)制造工序多而繁雜，工作量大，周期長。3D打印不僅工序簡化，制造過程更是一氣呵成，速度快得驚人。比如，飛機(jī)前端的雙曲面造型主風(fēng)擋窗框的生產(chǎn)，即使技術(shù)先進(jìn)的飛機(jī)制造公司，傳統(tǒng)制造至少要花費(fèi)兩年時(shí)間，而3D打印卻只需55天，生產(chǎn)周期縮短了12倍。
工序減少，成本節(jié)省。傳統(tǒng)制造工藝復(fù)雜，每道工序要有熟練工人操作，耗費(fèi)大量工時(shí)不說，原材料浪費(fèi)也十分驚人——飛機(jī)制造行業(yè)的原材料利用率一般只有10%。比如，美國生產(chǎn)一架F-22戰(zhàn)機(jī)，要用掉2796千克鈦合金，而實(shí)際只需大約144千克，利用率只有5%。如果是3D打印，材料“按需配給”，原材料利用率可達(dá)90%以上，還省去了制模、鑄造、組裝等復(fù)雜的工序，節(jié)省大量人力物力，成本降到最低。
無需特殊場地，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程制造。傳統(tǒng)制造必須在工廠完成，不同零配件還需不同廠家承擔(dān)，組裝需要特殊場地，產(chǎn)品配送運(yùn)輸費(fèi)時(shí)費(fèi)力。3D打印則能依據(jù)產(chǎn)品文件隨時(shí)隨地打印，通過網(wǎng)絡(luò)甚至可以實(shí)施遠(yuǎn)程制造。
善于復(fù)雜制造，可按需打印。傳統(tǒng)制造對于曲線、凹槽、凸起、鏤空等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，需要高精尖設(shè)備和技術(shù)，甚至難以完成。3D打印卻不存在這個(gè)問題，打印一個(gè)極其復(fù)雜的特殊產(chǎn)品，也不比打印一個(gè)簡單的長方體難。特別適合打印單件或小批量生產(chǎn)，做到隨要隨打，按需生產(chǎn)，人員也不需要專門培訓(xùn)，能使用計(jì)算機(jī)就行。
3D打印雖然具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，并在很多領(lǐng)域都獲得了應(yīng)用，但其發(fā)展受到諸多因素制約。主要是獨(dú)立制造技術(shù)尚有不足、可選材料較少、產(chǎn)品精度不足，導(dǎo)致打印的產(chǎn)品強(qiáng)度不夠、質(zhì)量不高、種類有限。有些產(chǎn)品雖能滿足應(yīng)急之需，可靠性卻難以滿足實(shí)用要求，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的獨(dú)立制造。未來，3D打印的快速發(fā)展與應(yīng)用，還有待于通過人工智能和材料技術(shù)來突破。
軍事應(yīng)用前景廣闊
3D打印盡管受到相關(guān)技術(shù)和打印材料的制約，但它作為一種革命性的制造方法，已在軍事領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，成為推進(jìn)軍事變革的新生力量。
研究和制造武器裝備。發(fā)展先進(jìn)武器裝備，3D打印能進(jìn)行創(chuàng)意驗(yàn)證和模具制作，直接打印特殊、復(fù)雜的配件或成品。美軍將半自動(dòng)AR-15步槍的三維設(shè)計(jì)圖下載到電腦，通過連接3D打印機(jī)，不僅打印出了槍支實(shí)體和絕大部分配件，而且還射出了600多發(fā)子彈。此外，美國靠3D打印制造出了小型無人機(jī)、榴彈發(fā)射器和導(dǎo)彈用點(diǎn)火器。韓國軍隊(duì)還打印出了訓(xùn)練用地雷和迫擊炮彈。未來，如果金屬材料問題能得到更好解決和廣泛應(yīng)用，3D打印或可全面制造輕武器。
打印戰(zhàn)場救助的醫(yī)療物品。在野戰(zhàn)條件下，醫(yī)療與救助遠(yuǎn)不如平時(shí)方便，所需物品難以及時(shí)補(bǔ)充，而具有快速制造能力的3D打印，則能現(xiàn)地為骨折傷員打印支架、夾板，為眼傷傷員打印特殊眼鏡或眼罩，為腳傷傷員打印專用的鞋子，為關(guān)節(jié)受損傷員打印關(guān)節(jié)，為截肢傷員打印假肢，甚至為頭骨損傷或缺失傷員打印出頭骨。未來，如果能造出與人體相容的材料，還可為傷員打印血管、皮膚等。
建造營房和防御工事。軍隊(duì)遂行多樣化任務(wù)，不得不在野外宿營，作戰(zhàn)時(shí)需要快速構(gòu)筑掩體或防御工事，材料保障及建造不僅工程量大、制約因素多，質(zhì)量和防護(hù)效果也差強(qiáng)人意。3D打印可根據(jù)任務(wù)需求、氣候條件和地形地貌特征，隨時(shí)隨地建造。美軍就曾用一臺混凝土3D打印機(jī)，在40小時(shí)內(nèi)打印出一間46.45平方米的營房。
快速制造偽裝防護(hù)器材。無論平時(shí)或戰(zhàn)時(shí)，隱真示假是確保軍事設(shè)施和軍事行動(dòng)隱蔽、欺騙和迷惑敵方的一項(xiàng)重要措施，部署諸如遮障、假目標(biāo)、植被、蒙皮和偽裝網(wǎng)等偽裝防護(hù)器材，必須考慮其外貌、尺寸、色澤、輻射以及周邊背景等因素。軍隊(duì)遂行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，偽裝防護(hù)器材需求量大，攜帶不便。而3D打印則可根據(jù)作戰(zhàn)需要和現(xiàn)地情況，快速制作完成偽裝防護(hù)器材，使偽裝后的目標(biāo)與周圍背景一致，實(shí)現(xiàn)“隱真”目的，或者使假目標(biāo)更加真實(shí)，滿足“示假”要求。
實(shí)現(xiàn)武器裝備快速搶修。作戰(zhàn)時(shí)，武器裝備損壞不可避免，快速搶修是恢復(fù)戰(zhàn)力的重要保障。作戰(zhàn)不可能攜帶大量零配件，更無法預(yù)料會損毀哪些零配件，需求對接成為一大難題。有了3D打印，就可按事先存儲在計(jì)算機(jī)中或遠(yuǎn)程傳輸過來的零部件3D設(shè)計(jì)文件，隨時(shí)隨地打印損毀的零部件，保障人員進(jìn)行簡單加工后既可實(shí)現(xiàn)快速搶修，大大減輕了運(yùn)輸和配送負(fù)擔(dān)。據(jù)報(bào)道，美軍曾將集裝箱式的兩個(gè)移動(dòng)遠(yuǎn)征實(shí)驗(yàn)室部署到阿富汗戰(zhàn)區(qū)，3D打印機(jī)就是其中的重要設(shè)備，它能直接利用塑料、鋼鐵和鋁等材料，打印戰(zhàn)場所需的零部件和特殊武器裝備。未來，美軍還計(jì)劃推廣類似的做法，為武器裝備快速搶修提供保障，增強(qiáng)軍隊(duì)的持續(xù)戰(zhàn)力。
