“火箭”也能打印了

 

据外媒报道，国外一家民营航空公司日前宣布推出第4代3D打印机。这种打印机“克服了传统的打印限制”，能够水平打印30多米长的大型零部件，且打印速度更快。目前该公司使用这种新型3D打印机生产运载火箭的大型零部件。

自20世纪80年代诞生以来，3D打印技术经过数十年发展，在国防与军工领域发挥着重要作用。3D打印技术方兴未艾，4D打印技术已经出现。这两种打印技术的发展，将改变传统武器装备制造与维修模式。

 

波兰制造商推出的一款3D打印机。

3D打印走向成熟

3D打印是一种借助计算机辅助设计、将专用材料加工成型的技术。它以数字模型文件为基础，通过软件与数控技术，将金属材料、非金属材料或医用生物材料按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品。从技术原理看，3D打印就是采用分层加工、叠加成形、逐层堆积等方式生成三维实体的技术。

3D打印产品精度更高、完整性更好。数年前，英国《经济学人》杂志称3D打印技术“将推动新一轮工业革命的到来”。因其先进的“数字化复刻”能力，3D打印技术在制造业、医疗、航空航天等领域取得深入发展和应用，并成为国防与军工领域备受欢迎的技术“新贵”。波音公司曾利用3D打印技术制造出300多种不同的飞机零部件, 包括将冷空气导入电子设备的复杂形状导管等。英国皇家空军多年前已在飞机上装配3D打印部件，包括飞行员的无线电防护罩、起落架防护装置和进气口支架等。

3D打印技术降低了国防工业成本。相关数据表明，近年来全球军费开支总体呈上涨趋势，这在很大程度上与武器装备迭代导致的生产成本增加有关。随着各国在国防领域所需弹药、工具和机器零件数量增加，以及零件的复杂度与精密性不断提升，传统国防制造业愈加乏力。与此同时，3D打印技术的使用，大幅缩短从零件设计到实物制作所需的时间，既节约了研制费用，又加快了装备生产速度。

3D打印技术有效提升了军队战备水平，不仅包括武器装备的战备水平，还涵盖从军事设施到军事物流、卫勤保障、医疗保障等综合保障能力建设的所有方面。阿富汗战争期间，美国陆军曾向驻阿富汗部队提供移动式3D打印设备，用于打印维修备件，提高装备保障能力。近年来，美国海军水下作战中心及空军基地已经广泛利用3D打印技术进行老旧零件的更换，以及高价值部件的修复工作。

4D打印正在发展

随着3D打印技术的发展，人们对打印耗材的研究亦不断深入。2007年美国国防高级研究计划局开展“可编程物质”项目研究，旨在开发一种可在软件控制或外界刺激条件下，转变成理想或有用形态的智能材料，它能够在一定时间内，根据需要改变形态。这一创新性技术，就是4D打印技术的雏形。

相比3D打印，4D打印多出的一个“D”，是在3D打印基础上引入的时空维度。4D打印是通过对材料或结构进行设计，使构件的形状、性能和功能实现可控式变化，满足变形、变性和变功能的应用需求。借助这种技术，可实现按需打印装备，并使装备能够根据指令改变形态。

2017年，美国国家航空航天局采用4D打印技术制造出一种“太空织物”。这种织物具备两种不同特性：光滑的块状金属表层可以反射阳光，内部结构则能有效吸收热量。织物中的复合材料在温度的影响下膨胀或收缩，使得金属表层展开或关闭，从而使织物具备自适应温度调控能力。

2018年，美国陆军纳米技术研究所采用含有磁性微粒的弹性复合材料，打印出一种具备在复杂地形条件下或狭窄空间内灵活爬行、翻滚、跳跃、抓取物体的柔性机器人。美国陆军研究工程中心也积极开展4D打印技术研究，将毒气防护服、可随周围环境改变颜色的伪装设备，以及能实现自组装功能的武器等新型装备的研发制造寄希望于4D打印技术。

可以预见，3D/4D打印技术的发展，有望变革传统武器装备的制造使用流程以及后勤保障模式，使武器装备发挥更强的作战效能。未来，随着智能材料、智能设计等技术进一步成熟，3D/4D打印技术在军事领域的应用将更加广泛深入。基于3D打印技术能够快速打印出直接投入使用的高性能无人机或机器人，提高武器装备保障能力。基于4D打印技术有望设计出能够自动改变气动外形的机翼，增强武器装备使用性能。此外，还有一些高度自适应武器装备，或许都离我们不再遥远。