“火箭”也能打印了

據(jù)外媒報(bào)道，國(guó)外一家民營(yíng)航空公司日前宣布推出第4代3D打印機(jī)。這種打印機(jī)“克服了傳統(tǒng)的打印限制”，能夠水平打印30多米長(zhǎng)的大型零部件，且打印速度更快。目前該公司使用這種新型3D打印機(jī)生產(chǎn)運(yùn)載火箭的大型零部件。

自20世紀(jì)80年代誕生以來(lái)，3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，在國(guó)防與軍工領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。3D打印技術(shù)方興未艾，4D打印技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。這兩種打印技術(shù)的發(fā)展，將改變傳統(tǒng)武器裝備制造與維修模式。

波蘭制造商推出的一款3D打印機(jī)。

3D打印走向成熟

3D打印是一種借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、將專用材料加工成型的技術(shù)。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控技術(shù)，將金屬材料、非金屬材料或醫(yī)用生物材料按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品。從技術(shù)原理看，3D打印就是采用分層加工、疊加成形、逐層堆積等方式生成三維實(shí)體的技術(shù)。

3D打印產(chǎn)品精度更高、完整性更好。數(shù)年前，英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志稱3D打印技術(shù)“將推動(dòng)新一輪工業(yè)革命的到來(lái)”。因其先進(jìn)的“數(shù)字化復(fù)刻”能力，3D打印技術(shù)在制造業(yè)、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域取得深入發(fā)展和應(yīng)用，并成為國(guó)防與軍工領(lǐng)域備受歡迎的技術(shù)“新貴”。波音公司曾利用3D打印技術(shù)制造出300多種不同的飛機(jī)零部件, 包括將冷空氣導(dǎo)入電子設(shè)備的復(fù)雜形狀導(dǎo)管等。英國(guó)皇家空軍多年前已在飛機(jī)上裝配3D打印部件，包括飛行員的無(wú)線電防護(hù)罩、起落架防護(hù)裝置和進(jìn)氣口支架等。

3D打印技術(shù)降低了國(guó)防工業(yè)成本。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，近年來(lái)全球軍費(fèi)開(kāi)支總體呈上漲趨勢(shì)，這在很大程度上與武器裝備迭代導(dǎo)致的生產(chǎn)成本增加有關(guān)。隨著各國(guó)在國(guó)防領(lǐng)域所需彈藥、工具和機(jī)器零件數(shù)量增加，以及零件的復(fù)雜度與精密性不斷提升，傳統(tǒng)國(guó)防制造業(yè)愈加乏力。與此同時(shí)，3D打印技術(shù)的使用，大幅縮短從零件設(shè)計(jì)到實(shí)物制作所需的時(shí)間，既節(jié)約了研制費(fèi)用，又加快了裝備生產(chǎn)速度。

3D打印技術(shù)有效提升了軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備水平，不僅包括武器裝備的戰(zhàn)備水平，還涵蓋從軍事設(shè)施到軍事物流、衛(wèi)勤保障、醫(yī)療保障等綜合保障能力建設(shè)的所有方面。阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美國(guó)陸軍曾向駐阿富汗部隊(duì)提供移動(dòng)式3D打印設(shè)備，用于打印維修備件，提高裝備保障能力。近年來(lái)，美國(guó)海軍水下作戰(zhàn)中心及空軍基地已經(jīng)廣泛利用3D打印技術(shù)進(jìn)行老舊零件的更換，以及高價(jià)值部件的修復(fù)工作。

4D打印正在發(fā)展

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)打印耗材的研究亦不斷深入。2007年美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局開(kāi)展“可編程物質(zhì)”項(xiàng)目研究，旨在開(kāi)發(fā)一種可在軟件控制或外界刺激條件下，轉(zhuǎn)變成理想或有用形態(tài)的智能材料，它能夠在一定時(shí)間內(nèi)，根據(jù)需要改變形態(tài)。這一創(chuàng)新性技術(shù)，就是4D打印技術(shù)的雛形。

相比3D打印，4D打印多出的一個(gè)“D”，是在3D打印基礎(chǔ)上引入的時(shí)空維度。4D打印是通過(guò)對(duì)材料或結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使構(gòu)件的形狀、性能和功能實(shí)現(xiàn)可控式變化，滿足變形、變性和變功能的應(yīng)用需求。借助這種技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)按需打印裝備，并使裝備能夠根據(jù)指令改變形態(tài)。

2017年，美國(guó)國(guó)家航空航天局采用4D打印技術(shù)制造出一種“太空織物”。這種織物具備兩種不同特性：光滑的塊狀金屬表層可以反射陽(yáng)光，內(nèi)部結(jié)構(gòu)則能有效吸收熱量?？椢镏械膹?fù)合材料在溫度的影響下膨脹或收縮，使得金屬表層展開(kāi)或關(guān)閉，從而使織物具備自適應(yīng)溫度調(diào)控能力。

2018年，美國(guó)陸軍納米技術(shù)研究所采用含有磁性微粒的彈性復(fù)合材料，打印出一種具備在復(fù)雜地形條件下或狹窄空間內(nèi)靈活爬行、翻滾、跳躍、抓取物體的柔性機(jī)器人。美國(guó)陸軍研究工程中心也積極開(kāi)展4D打印技術(shù)研究，將毒氣防護(hù)服、可隨周圍環(huán)境改變顏色的偽裝設(shè)備，以及能實(shí)現(xiàn)自組裝功能的武器等新型裝備的研發(fā)制造寄希望于4D打印技術(shù)。

可以預(yù)見(jiàn)，3D/4D打印技術(shù)的發(fā)展，有望變革傳統(tǒng)武器裝備的制造使用流程以及后勤保障模式，使武器裝備發(fā)揮更強(qiáng)的作戰(zhàn)效能。未來(lái)，隨著智能材料、智能設(shè)計(jì)等技術(shù)進(jìn)一步成熟，3D/4D打印技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛深入?；?D打印技術(shù)能夠快速打印出直接投入使用的高性能無(wú)人機(jī)或機(jī)器人，提高武器裝備保障能力?；?D打印技術(shù)有望設(shè)計(jì)出能夠自動(dòng)改變氣動(dòng)外形的機(jī)翼，增強(qiáng)武器裝備使用性能。此外，還有一些高度自適應(yīng)武器裝備，或許都離我們不再遙遠(yuǎn)。