3D打印技術作為一種新型的制造技術，與傳統(tǒng)的機械加工有著完全不同的加工理念，不用模具和機械加工可直接根據(jù)所設計的三維模型就能加工出任何形狀的零件，大大縮短了加工周期、降低了工藝的復雜程度，使生產(chǎn)效率得到了有效提高。由于實際的需要以及各國政府的大力支持，3D打印技術得到了飛速的發(fā)展，大到房屋小到金銀首飾都可以通過3D打印技術來實現(xiàn)。

如今，3D打印技術已經(jīng)在軍事領域和民用領域得到了廣泛的應用，具體應用在航空航天、武器裝備、工模具設計、醫(yī)療、建筑等多個不同的行業(yè)之中。

1、3D打印技術的原理及分類

3D打印技術是一種增材制造技術，它與傳統(tǒng)打印機的工作原理相似，不同的是所用的打印材料不同；3D打印機的結(jié)構(gòu)更為復雜，智能化程度更高，根據(jù)不同的產(chǎn)品、不同的材料快速打印出最終的產(chǎn)品或零部件。3D打印技術的原理為：①設計師根據(jù)具體需求利用三維軟件設計出零部件的三維模型；

②將所設計的三維模型進行分層處理，根據(jù)所分層及結(jié)構(gòu)信息進行編程；

③將所設計的三維模型轉(zhuǎn)化為STL格式輸入到3D打印機中，根據(jù)零件的具體要求選擇金屬粉末、工藝類型等；

④準備就緒后在平面內(nèi)黏結(jié)成截面形狀，然后在垂直于平面的方向進行層層疊加，最終形成三維實體。

3D打印技術的工藝與傳統(tǒng)切削技術工藝相反，二者的比較見表1。3D打印技術主要有熔融沉積成型(FDM-FusedDepositionModeling)、選擇性激光燒結(jié)(SLS-Se1ectedLaserSintering)、選擇性激光熔融(SLM-SelectiveLaserMelting)、立體光刻(SLA-StereolithographyAppearance)、電子束熔化(EBM-ElectronBeamMelting)、分層實體制造(LOM-LaminatedObjectManufacturing)等幾種類型。

特性項目3D打印技術傳統(tǒng)切削技術生產(chǎn)方式增材制造減材制造生產(chǎn)步驟直接打印成形按工序加工生產(chǎn)周期短長生產(chǎn)精度需要控制和檢驗高生產(chǎn)流程簡單復雜模具需求不需要需要成本低高復雜的一體成型零件容易實現(xiàn)難以實現(xiàn)個性化制造可以實現(xiàn)很難實現(xiàn)。

工藝材料用途代表性公司熔融沉積成型丁二烯-苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯成型制造Stratasys(美國)北京殷華公司(中國)選擇性激光燒結(jié)聚碳酸酯、聚苯乙烯、低碳鋼、鋁、銅成型制造、直接零部件制造EOS(德國)3Dsystems(美國)選擇性激光熔融鈦合金、鎳基高溫合金、不銹鋼成型制造、直接零部件制造Renishaw(英國)武漢濱湖機電(中國)立體光刻丙烯酸感光樹脂、乙烯醚感光樹脂、環(huán)氧感光樹脂成型制造3Dsystems(美國)Envisiontec(德國)電子束熔化不銹鋼、鈦、鋁、銅、工具鋼成型制造、直接零部件制造ArcamAB(瑞典)分層實體制造ABS、PVC、聚碳酸酯、亞硝酸鈦、陶瓷、聚酯成型制造、直接零部件制造Helisys(美國)Kira(日本)

2、3D打印技術的發(fā)展概況

根據(jù)WohlersAssociates發(fā)布的2013年度報告顯示，擁有3D打印設備最多的國家是美國、日本、德國和中國，這4個國家擁有的3D打印設備占全球3D打印設備的比例分別為38%、9.7%、9.4%和8.7%[3]。3D打印技術在各領域的應用所占比重分別為：消費電子領域20.3%、汽車領域19.5%、醫(yī)療領域15.1%、航空航天領域10.91%、工業(yè)及商用機器領域10.8%、科研用途領域7.91%、政府/軍事領域6.31%、建筑/地理信息領域4%、其他領域5.17%[4]。從發(fā)展趨勢來看，3D打印技術在航空航天和醫(yī)學領域的應用增速最快，并且在航空航天和醫(yī)療設備等高端領域，3D打印產(chǎn)業(yè)正在獲利；在軍事領域雖然目前所占的比重不是很大，但是在不久的將來，3D打印技術在軍事領域定會得到廣泛的應用。

3、3D打印技術在軍事領域的應用

3.1武器裝備研制

利用3D打印技術進行武器裝備研發(fā)時，工程師可以根據(jù)實際要求進行創(chuàng)意驗證和模具制作，對一些特殊、復雜的結(jié)構(gòu)件可以直接打印，同時能有效地實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的輕量化。

3.1.1航空航天裝備

終級噴氣發(fā)動機已經(jīng)由美國的GE航空公司利用3D打印技術制造出來，該公司計劃將3D打印技術應用在下一代軍用發(fā)動機的研發(fā)制造上。737無人機模型PETRA的主要組件實現(xiàn)了3D打印技術的制造(包括副翼、燃料箱、襟翼、操縱面等)，并實現(xiàn)了完美的試飛測試。美國太空制造公司專門設計用于國際空間站微重力制造項目的3D打印機已通過NASA最后的驗證測試，并發(fā)送到了國際空間站。F-35飛機3米長的機翼鈦合金零部件、F-15獵鷹噴氣式戰(zhàn)斗機鐵合金外掛架冀肋備件、UH-60直升機門把手等當今先進的軍用飛機的相關零部件已由3D打印技術制造出來，與傳統(tǒng)工藝相比成本下降了很多，從而驗證了3D打印技術在成本方面具有一定優(yōu)勢。

我國用了近十年的時間研發(fā)成功了殲-10飛機，艦載機殲-15僅用了3年的時間就研發(fā)成功，關鍵零部件應用了3D打印技術，極大地縮短了研發(fā)周期?，F(xiàn)在殲-20和殲-31在研發(fā)過程中已經(jīng)采用了3D打印技術。中國商飛和西北工業(yè)大學聯(lián)合攻關，利用3D打印技術制造了C919大飛機的中央翼緣條。中航工業(yè)一飛院與北京航空航天大學強強聯(lián)合，將全三維數(shù)字化設計技術與最新的3D打印技術相結(jié)合，已經(jīng)打印出了多個滿足強度、剛度和使用功能要求的飛機部件。

3.1.2海軍裝備

為了生產(chǎn)重量輕、成本低并能滿足作戰(zhàn)性能指標要求的無人機，美國海軍打算利用3D打印技術進行研發(fā)設計生產(chǎn)。美國海軍計劃將航空母艦、巡洋艦以及驅(qū)逐艦等打造成可以移動的海上3D打印工廠，實現(xiàn)相關武器裝備的按需打印，提高艦上空間的利用率[6]。

3.1.3輕武器裝備

美國SolidConcepts公司利用3D打印技術制造了世界上第一只金屬gun，并測試成功，該3D打印的金屬gun由30多個零件組成，經(jīng)測試該3D打印gun的射程比常規(guī)gun差一些但精度相當。AR-15半自動步槍的彈匣及其他部件也已經(jīng)由3D打印技術制造出來，該槍能夠射擊600多次，綜合性能良好。目前制約3D打印技術的問題是材料，如果金屬粉末材料問題能夠得到解決，3D打印技術在輕武器的設計制造與維修領域?qū)玫綇V泛的應用。

3.2武器裝備維修

隨著3D打印技術的迅速發(fā)展，在武器裝備維修領域也得到了應用并有良好的應用前景。利用3D打印技術可以實現(xiàn)戰(zhàn)時裝備維修備件與維修工具設備的快速制造，使得戰(zhàn)時維修保障效率得到大幅提高。在過去幾年中，美軍一直在使用3D打印技術，在阿富汗的移動實驗室部署了原型設計和打印設備，并且開發(fā)出了一種系統(tǒng)，用來修復在作戰(zhàn)中受損的飛機和地面車輛。美國Optomec公司利用3D打印技術為美國空軍修復高價值的航空金屬部件。安妮斯頓陸軍基地利用3D打印技術對M1艾布拉姆斯坦克的燃氣渦輪進行了修復，效果明顯達到了預期目標。美國海軍水下作戰(zhàn)中心已經(jīng)利用3D打印技術進行老舊零件與工裝的維修。

3.3偽裝防護設備制作

現(xiàn)在進行大規(guī)模戰(zhàn)爭的概率很小，一般都是局部戰(zhàn)爭，參戰(zhàn)人數(shù)不多，在戰(zhàn)場上需要隨時進行隱蔽，用于保護自己并能更好地打擊敵人。對于一些防護偽裝設備，要求特征與周邊背景盡可能做到一致，為了便于攜帶與布設，重量盡可能得輕。利用3D打印技術可以根據(jù)具體的作戰(zhàn)環(huán)境及實際戰(zhàn)況需求能夠快速準確地制作偽裝防護設備，使偽裝后的目標更好地隱蔽起來，使作戰(zhàn)人員發(fā)揮最大的作戰(zhàn)效能。

3.4后勤保障

未來的戰(zhàn)爭將會是信息化戰(zhàn)爭，3D打印技術的應用會使得戰(zhàn)場保障方式發(fā)生重大變化?，F(xiàn)在的后勤保障主要依托后方的供給，將來會變?yōu)橐躁嚨噩F(xiàn)場的“DIY”(DoItYourself)為主，所謂的“DIY”就是在戰(zhàn)場上士兵可以根據(jù)自己的實際需要制作物資、食品和藥品等。

3.5醫(yī)療部件及救助用具制作

現(xiàn)在的社會講究人權(quán)，以人為本，世界各國的軍隊都在利用一切辦法去追求戰(zhàn)場零傷亡，及時有效地進行醫(yī)療救護是有效途徑之一。但是戰(zhàn)場環(huán)境變幻莫測，影響因素眾多，當有士兵受傷時，進行戰(zhàn)場應急救援會受到很大的影響。為了最大限度地對士兵進行及時的救援，在戰(zhàn)場上可以利用3D打印技術根據(jù)受傷士兵的具體情況制作相應的器官或用具。例如，可以為骨折的士兵制作夾板、支架，為關節(jié)受傷的士兵打印關節(jié)，為眼睛受傷的士兵制作眼罩或特殊的眼鏡，為截肢的士兵制作假肢，為腳受傷的士兵制作專用鞋等[7]。

4、3D打印技術未來發(fā)展趨勢

根據(jù)未來武器裝備的研發(fā)生產(chǎn)需求以及現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，未來3D打印技術的發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)提高材料多樣性，滿足武器裝備零部件多樣性需求。隨著3D打印技術的飛速發(fā)展以及打印材料需求的不斷增加，國內(nèi)外的制粉工藝也得到了快速的發(fā)展。

(2)3D打印技術與傳統(tǒng)制造技術相結(jié)合，提高3D打印技術的速度、效率和精度。

(3)3D打印系統(tǒng)向小型化方向發(fā)展，適應野外戰(zhàn)場快速精確保障要求。據(jù)報道，美軍為戰(zhàn)場官兵研發(fā)了一款小型3D打印機，可以放在官兵的背包中并在戰(zhàn)場上使用。

(4)提高3D打印軟件集成化，實現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，提高武器裝備研發(fā)以及損傷零部件維修的響應速度。

(5)充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡平臺，發(fā)展遠程3D打印技術。

5、結(jié)語

3D打印技術不是對傳統(tǒng)制造技術的顛覆，而是對傳統(tǒng)制造技術的提升與完善。利用3D打印技術一方面拓寬了設計研發(fā)人員的設計思路，另一方面將傳統(tǒng)制造技術很難實現(xiàn)或不能實現(xiàn)的超復雜零件的加工能輕而易舉的實現(xiàn)。3D打印技術應用在武器裝備設計

生產(chǎn)中，可以縮短新型武器的設計研發(fā)周期，大幅節(jié)省國防開支，并將從本質(zhì)上提升武器裝備的性能與生產(chǎn)效率。