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3D打印在各国军工应用大盘点

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发表时间:2016-03-11 11:19:29


  古语云:“不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。”千里之路需要一步步走出来,这里强调的是累积的重要性。说到累积,这里让人想到一项技术:3D打印。这是一项特殊的技术,与传统的“减材制造”不同,它是一种“增材制造”法,就是把材料逐层的叠加,从底层到上层,这样逐层的制造、逐层增材,慢慢会成为一个3D打印的成品。

 

3D打印在各国军工领域都帮了什么忙?

 

  当今时代,“3D打印技术”成了科技新闻报道中的高频词汇,甚至被英国《经济学人》杂志预测为“将推动新一轮工业革命的来临”。因其数字化、智能化的先进“复制”能力而备受青睐,这项技术在被民用化的同时,也逐渐成为国防和军工领域备受欢迎的“新贵”。

 

  3D打印技术已运用于军事和航空航天领域,造价高昂的战斗机、舰载机等也都能通过“打印”出炉了。那么,3D打印在各国军工领域都帮了什么忙呢?

 

美国:3D打印助力作战后勤保障

 

  美国俄克拉荷马州的Tinker空军基地是Oklahoma市空军后勤中心(OC-ALC)的所在地,同时也是美国空军装备司令部(AFMC)的飞机、发动机、导弹、软件和航空电子设备的管理和维护中心。它的职责就是,管理着美国各个军事舰队的飞机和技术的开发,包括各种配套组件、开发作战飞机程序、测试设备和工业自动化软件等,简单来说,任何军事飞机或者与军事飞机相关的东西,空军后勤中心都有责任确保它继续飞行或者安全。

 

  为维护飞机和提高飞机的战斗力,如今美国空军和OC-ALC正在开发一项战略计划:将把3D打印技术纳入其当前的空中力量,维持任务的每一方面。OC-ALC欲利用3D打印技术优化工作流程,包括增材制造飞机发动机零部件和3D打印由第76软件维护组设计的现代电子元器件。


3D打印用于美国B-52战机部分老化部件的改进

 

  其实,OC-ALC的计划只是美国空军数个物流综合体中正在开发类似计划中的一个,除此之外,美国还拥有包括乔治亚州的Robins空军基地和犹他州的Hill空军基地等。每个基地都将开发针对综合体的计划,将3D打印技术融入其飞机维护和开发能力中。增材制造技术的纳入,对后勤运营将产生巨大的作用,可大大提高整个军事基地维护飞机的能力。


  2014年1月,一架采用了3D打印技术生产的零件的“狂风”(或译为“旋风”)战斗机完成试飞,并被英媒认为是航空制造领域大规模使用3D打印技术的标志性事件。英国航空航天系统公司指出,成功试飞的飞机的3D打印部件包括驾驶舱无线电防护罩、起落架防护装置以及进气口支架。这些部件均在英国皇家空军一个军事基地生产和组装,该公司称,这是装配3D打印部件的战斗机首次试飞成功。

 

英国“旋风”战机

 

  这些3D打印的零部件制造成本很低,有的甚至低于100英镑(1英镑约合1.64美元)。在维修和更换部件方面,3D打印技术有望在未来4年内为英国皇家空军节省120万英镑。此外,3D打印技术使这些零部件的生产地点不再受到限制,如果把这些3D打印机送到前线,直接进行零部件的加工和维修,将会大大提高英国空军的作战能力。

 

  说起韩国,这个在军事上几乎不被人重视的国家,在3D打印方面也是有所作为的。今年6月份,韩国空军使用的F-15K战机发动机遭到损坏,其发动机上的钛合金的涡轮护罩与钴合金的空气密封件需要修复,他们想要找到一种既耐久又可靠的方法使部件升级的同时,又不牺牲任何质量。

 

  这次维修,韩国空军选择使用3D打印技术,为此他们找到了德国3D打印机制造商利用专门的DMT技术很快就完成了对发动机护罩和密封件的修复工作。DMT技术的工作原理主要是用高功率激光熔化金属粉末,被认为是最新和最具前景的3D打印技术之一,几乎能够立即修复好韩国军机的部件。

 

  操作过程中,金属粉末被连续馈送到3D打印机中,并被激光均匀熔化,然后再重新冷却为固体,DMT技术保证不会出现泄露故障,3D打印部件也能够提供卓越的机械性能,因此,3D打印将韩国主力战机F-15K时刻保持在最佳状态,可以有足够的信心随时面对像朝鲜这样一个令人精神紧张的对手。

 

俄罗斯:3D打印31小时造无人机

 

  说起俄罗斯的军事实力,几乎妇孺皆知,由于继承了前苏联的70%的军事实力,所以其军工科技水平除了美国几乎无人能及。其3D打印技术实力也是不容忽视的。

 

  2015年《透视俄罗斯》曾报道,国营企业俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机,重3.8公斤,翼展2.4米,飞行时速可达90至100公里,续航能力1至1.5小时。该公司用两个半月的时间实现了从概念到原型机的飞跃,实际生产耗时仅为31小时,制造成本不到20万卢布。

  

“水鸭”是一款水陆两栖型无人机

 

  这款无人机的独特之处在于,无需任何特殊起降场地,可在任意表面起降,不论雪地还是排水沟。在6000米高度飞行时的操控范围可达2500公里,有效载荷300公斤,可搭乘2到3名乘客或行李或者携带检测、监控设备。这款无人机的气垫可在飞行模式下进行回收,可用于向难以抵达的灾区运送物质,也可用于军事行动,例如搭载小型制导导弹、高精度炸弹等进攻性武器,还可执行侦查任务。

 

中国:3D打印“大飞机”零部件

 

  3D打印技术对于国防、航空等重点领域高端复杂精细结构关键零部件的制造起到了很大作用,为其提供了应用的支撑平台。我国在这一领域并不落后于其他发达国家,相反,在一些高精尖的军工领域甚至还处于领先地位。

 

  其中,2015年9月3日纪念抗战胜利70周年的大阅兵上展示的国产战机中,就有一部分飞机的零部件采用了3D打印技术。

 

  去年,中国曾对外宣布一项关于国产大型客机C919的一个制造细节:该客机部件采用了激光成型件加工中央翼线条,其中,最大尺寸为3070mm,最大变形量则小于0.8mm,整个力学性能通过飞机厂商的测试,其材料性能、结构性能、零件取样性能、大部段强度全部满足国产大型客机C919的设计要求,包括疲劳性能在内的综合性能,也优于传统的锻造技术。而且,3D打印出来的零部件强度一致性为2%,优于厂商5%的技术指标要求。

 

  未来战争中,利用3D打印技术,无论是武器装备,还是军需物资,都可能实现“DIY”,即由作战人员在战地自助生产行动所需的装备物资。

 

  众所周知,后勤补给是战场上最易受到攻击的薄弱环节,阿富汗战争期间,美军曾经动用了大量作战力量以确保补给畅通和保障人员安全,美军认为,如果当时使用了3D打印机与战场网络、无人驾驶运输直升机或者汽车相结合的话,就可以彻底解决这一问题,通过3D打印技术现场制造出能够满足实际所需的食品、药品和装备,从而实现其后勤保障的革命性变化。

 

  可见,只要技术足够成熟,未来战场上需要的一切,3D打印几乎都能满足,有了这种“克隆”后勤物资的“移动兵工厂”,战时可快速补充作战消耗。

 

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