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3D打印助推新变革 应用于工程机械领域可期

  近日,一家美国公司利用3D打印技术,成功造出AR-15半自动步枪的弹匣及其他部件。不久后,这家公司又在互联网上公布,首款名为“解放者”的3D打印手枪试射成功。新技术的出现,往往最先用于军事领域。可以预计的是,3D打印技术在军事领域的应用会日趋广泛,以3D打印技术为代表的新工业革命,必将引发新军事革命。工程机械行业作为与军事工业联系最为紧密的制造行业并将可以从中受益。


  看过电影《十二生肖》的观众大概都对里面用3D打印技术制造圆明园兽首赝品的场景记忆犹新。一张3D电脑图纸,一台3D打印机,几分钟就可以制造出一个完美复制的产品。


  3D打印技术在电影《十二生肖》中出现令人印象深刻


  3D打印技术又称为“快速成型技术”或“增材制造技术”,诞生于上世纪80年代末,主要是以数字模型文件为基础,通过材料叠层添加构造三维物体的变革性、数字化增材制造技术。与传统制造业的“减材制造技术”相比,3D打印技术具有制造成本低、研制周期短、生产效率高等明显优势,已成为引领未来全球制造业发展趋势的关键词,广泛应用于传统制造业、航空航天、生物医学、文物保护、食品行业、建筑设计、文化创意和配件饰品等领域。


  2012年,美《时代》周刊将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。英国《经济学人》杂志则认为,3D打印技术将与数字化生产模式一同成为引发第三次工业革命的关键因素。2012年底,美国《外交政策》杂志网站刊登的题为《今日未来武器——2013年值得关注的五种武器》的文章中,3D打印武器排在榜首!


  3D打印半自动步枪


  可以设想,作为先进制造技术之一,3D打印技术所具有的数字化、智能化、个性化、定制化的核心理念,必将引发一场划时代的军事技术革命和作战方式变革。当前,以美国、欧盟为代表的世界主要军事强国已经嗅到了这股浪潮的气息,纷纷制定标准、研发技术、推广应用,以期在新一轮军事变革中占据有利位置。在未来信息化战争中,3D打印技术的成熟应用,对推动军队建设和保障方式发展将产生积极而深远的影响。


  武器装备实现随时、随地、按需生产


  3D打印技术给武器装备带来的变化无疑是革命性的。它可直接用于战场武器装备的维护与保障。在未来信息化战场上,技术保障人员可随时利用携带的3D打印机,直接把损毁的武器装备部件打印出来,装配后可重新投入战场。可以预见,未来不仅小型枪支、简单物资可实现打印,军舰、飞机、坦克等大型、复杂的武器装备,甚至军事基地等都可用3D打印机直接或间接“制造”出来。


  通过3D打印制造手枪


  当前,它已开始在战争中小试牛刀。外媒报道称,美国陆军2011年就向阿富汗部署了3D打印移动实验室,为士兵现场创建工具和其他设备。该实验室能通过使用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、钢材和塑料生产加工成所需零部件,从而实现在战区内快速生产原型产品。美国陆军计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地的可持续能力。同时,美国陆军也在加速3D打印技术实战化部署,以提高战时装备保障能力,降低武器装备造价成本,增强持续战斗力。


  与武器装备生产的传统工艺模式不同,3D打印技术集概念设计、技术验证与生产制造于一体,这必将极大缩小武器装备从“概念”到“定形”的时间差,从而加快武器装备的更新周期,实现随时、随地、按需生产。有媒体报道,歼-10战斗机研发用了近10年时间,而运用3D打印技术后,必威体育手机官网网址国在3年时间内就推出了舰载机歼-15,直接跨入第三代舰载战斗机方阵。目前,3D打印技术已被全面应用于歼-20隐形战斗机和歼-31第五代战斗机的研发中。不容置疑,3D打印技术正在制造空军发展的“中国速度”。


  而美国政府为重振制造业建立的15所3D打印技术研究院中,有2所归国防部控制,专注于开发建造军队数字资料库和新型金属材料,用来简化制造“复杂的武器系统”。


  实现后勤保障革命性变化


  未来信息化战争中,3D打印技术的重要价值还在于使得战场保障方式发生革命性变化:将由以依托后方为主,变为以阵地“DIY”为主,即由作战人员在战地自助生产行动所需的后勤药品、食品和物资等。据2012年4月美国国防部公布的《政府计划》,美军期望在非战争军事行动中,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,从而率先实现后勤保障的革命性变化。


  战场“零伤亡”愈来愈成为世界各国军队追求的理想目标,其努力途径之一就是及时有效的医疗救护,以提高伤员的生存概率。但受战场时间、空间、环境等诸多不确定因素的制约,战场应急救护往往难以实现效果最佳化。应用3D生物打印技术对受损关节、部位甚至器官进行小批量、数字化的定制,能够最大限度地满足不同伤员的医疗需求。目前,通过该技术打印的无生命修复形式已广泛应用于医疗行业。可以想象,随着3D打印技术与医学影像建模、仿真技术的完美结合,以及生命物体在结构、材料和活性上的有机统一,3D打印骨植入物、活性软骨、心脏瓣膜,甚至在人体内直接打印活性组织和人体器官,将成为挽救官兵生命的“诺亚方舟”。


  在恶劣的战场环境、频繁的作战行动和有限的保障方式下,官兵的饮食问题难以做到科学、营养,在很大程度上不仅影响了官兵士气,更削弱了战斗力。利用装配触摸屏、内置记忆卡、智能数控系统、网络连接设备的3D食品打印机,通过微型皮肤植入物科学系统地记录每一名官兵在作战行动中的心跳、体重、情绪、睡眠质量和燃烧卡路里等无线信号流,经过生物统计数据和精确数控,根据不同作战人员每日不同的需求量和饮食喜好,为其量身“打印”营养成分比例合理的新鲜、健康食物,保障官兵在恶劣环境下的饮食更安全、更营养。


  后勤补给是战场上最易遭受攻击的薄弱环节。美军认为,3D打印机与战场网络、无人驾驶运输直升机或汽车相结合将彻底解决这一问题。无人驾驶运输直升机或汽车能够源源不断地将物资原料前运至基地,在无线战场网络传递的三维设计图指导下,3D打印机可以快速制造出需要的军需物资,实现对库存变化和战场需求做出快速反应。美国陆军正计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地的可持续作战能力。


  如虎添翼的太空“利器”


  随着世界各国政治、经济和军事利益空间的不断拓展,太空已上升至国家安全战略的高度,成为争相探索、开发的重要领域。与此同时,发展低成本、响应型太空任务也成为了各国面临的严峻挑战和现实课题。


  众所周知,宇宙飞船内可谓是真正的“寸土寸金”,由于携带备用零件会增加飞船的体积和重量以及受到宇宙中失重环境的影响,一旦飞船内某个零部件出现故障,及时进行更换是十分困难的。而3D打印技术可以制造过去认为复杂而不经济的产品,并大大减轻产品重量。与机器制造出的零件和产品相比,3D打印的产品更加精细轻盈,打印出来的产品重量要轻60%,而且没有与其功能无关的剩余物。如果利用安装在飞船中的3D打印机,宇航员们就只需携带金属丝物料按需打印所需零部件,问题便可迎刃而解,既节省了空间又减轻了负载。2012年7月,美国“太空网”透露,美国宇航局和国防部正在测试新一代3D打印机,可以使宇宙飞船在绕地球飞行时制造设备零部件。


  同时,3D打印技术也为人类在月球上活动提供了可能。据英国《每日邮报》报道,2013年2月欧洲航天局宣布,计划让机器人携带3D打印机“空降”到月球上,利用3D打印技术将月球上的原始土壤转变成建筑材料,建立首个人类基地,并有望在未来40年内投入使用。


  首款可量产3D打印汽车已经面世


  首款3D打印汽车Urbee


  2010年11月4日的报道,美国与加拿大两家公司日前研制成功全球首辆利用3D打印技术制造的汽车。Urbee是一款三轮的混合动力汽车,它的所有零部件都是3D打印出来的。Urbee的生产车间是RedEye,世界上第一款3D打印摩托车原型也诞生于此。3D打印的一个优势是具有其他片状金属材料所不具备的灵活性和可塑性。传统的汽车制造是生产出各部分然后再组装到一起,3D打印机能打印出单个的、一体式的汽车车身,再将其他部件填充进去。


  3D打印在工程机械行业的应用思考


  受技术装备、新型材料、设计软件、质量安全、公共环境等制约和影响,尽管3D打印技术已成功地将传统复杂的生产工艺简单化,将材料领域的疑难问题程序化,但目前仅适用于少批量、小尺寸、高精度、造型复杂的零部件和元器件的加工制造,还难以代替传统制造业大规模、大批量的加工制造优势。


  但是随着科技的发展,必威体育手机官网网址可以预见3D打印技术必将在制造业进行大幅推广。试想一下,损坏的工程机械配件可以通过3D打印迅速修复。大型的挖掘机设备可以通过3D打印出的各个部件进行迅速组装。3D打印精准性、高效性是目前批量生产技术无法实现的。


  3D打印技术是对人类控制能力极限的挑战和展示,其实质是制造业向智能化不断演进的历程。当前,必威体育手机官网网址国制造业正面临转型升级挑战,信息化和工业化的深度融合为这一进程提供了前所未有的机遇。


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