3D列印並非武器界“神筆馬良”

    近日，美國陸軍工程師研發中心操作世界上最大的混凝土3D印表機，在40個小時內列印出了一個46.45平方米的軍營小屋。

    全球最大導彈生産商雷神公司使用3D列印技術制作的導彈部件。

    美國3D列印手槍余熱未減，近日，北約“三叉戟接點”軍演又傳出動用3D列印備件修好了因寒冷而引起故障的卡車、坦克的消息。“3D列印制造備件可以立即交付，無需等待從倉庫運零件來。”北約秘書長斯托爾滕·貝格在北約工業論壇上説。在維修過程中，有時卡車上一個2.51美元的滅火帽從美國運輸過來就需要126天。

    除了列印零部件，日前，韓國軍營還列印出了訓練用地雷和迫擊炮彈，並預計將在2025年常規性採用3D列印設施。除此之外，英軍未來“科幻戰艦”也可能採用3D列印武器，包括列印無人機群、電磁炮或鐳射炮等。那麼，通過3D列印技術制造的武器裝備能在戰場上大顯神威嗎？還是會因太過脆弱而被打趴？

    適宜列印武器零部件和復雜結構件

    “從技術原理上講，3D列印可以滿足軍事上對普通裝備的需求，帶來一種移動式、快捷性的備件保障模式。”國防科技大學前沿交叉學科學院國家安全與軍事戰略研究所所長、國防科技戰略研究智庫研究員朱啟超對科技日報記者表示。“3D列印在軍事上是有特殊用途的。”軍事科普作家俞碩舉例道，當卡車的液壓管路接頭或者點火帽在緊急情況下出現故障，3D列印可以緩解燃眉之急。

    始于1892年的3D列印技術受限于列印材料和列印方法，發展一直比較緩慢。近年來，3D列印産品才開始應用于食品、建築、醫療衛生、航空航太等多個領域，隨著3D列印技術在金屬零部件制造上取得較大進展，各大國開始探討其在武器裝備制造與維修中的應用。

    在武器裝備研制、制造、維修和復雜結構件的生産等方面，3D列印應用前景廣泛，此外，偽裝防護設備制作、後勤保障以及醫療部件及救助用具制作的應用也逐漸增多，因而逐漸成為世界軍事強國關注和爭奪的焦點。

    2012年，美國在重整制造業計劃中將3D列印技術列為重點發展的11項技術之一，還于2012年和2013年部署了兩個基于3D列印技術的移動遠徵實驗室，驗證基于3D列印技術的裝備維修保障。

    3D列印對軍用武器及設施維修療效顯著，能直接在戰場上把需要的零部件“列印”出來，及時、精準完成受損裝備的維修保障，快速恢復作戰能力；從3D設計到零件加工的完成僅需幾小時到幾十小時，不需要傳統制造方式的鑄錠、制胚、模具、模鍛等過程，可以快速低成本地進行原型機生産；整個生産過程數字化，可隨時修正、隨時制造，成形幾乎任意形狀的零件；特別是對復雜結構零部件的制造周期明顯縮短；必要時可由後方設計人員根據前線維修需求臨時設計新的維修工具。

    批量化制造效率過慢且條件苛刻

    傳統制造是以多余材料去除和切削加工為主的減材制造，3D列印是一種“自下而上”材料累加的制造方法，被稱為增材制造技術。相關資料顯示，3D列印已經有十幾種成形方法，主要分為兩類，第一類是基于鐳射技術的成形方法，比如立體光刻、選擇性鐳射燒結等；第二種是非鐳射技術的快速成形方法，比如三維列印、熔絲沉積等。

    然而，這種方式制造的軍用裝備顯露出了不可避免的缺陷。“一層一層列印的方式決定軍用列印成品一般尺寸不會太大，效率低，強度和品質堪憂。”俞碩舉例道，一臺3D印表機50分鐘左右生産一個小型備件，而傳統基于模型澆注的方式可能一分鐘就能生産好幾個。此外，眾所周知，3D列印手槍和武器受材料性能限制，既不承壓也不受力，用幾次便會損壞。

    國外發布的資料顯示，3D列印材料包括熱塑塑膠、尼龍、特制剛性透明材料、聚丙烯、鈦合金、碳纖維等近20種，涵蓋了目前絕大部門工業産品採用的材料類型，加上現有3D列印技術制作的零部件最大尺寸可達立方米級，滿足武器裝備絕大部分零部件的制作需求。

    對此，朱啟超持懷疑態度：“難在列印材料是否符合要求。特種裝備對材料要求極高，比如合金就涉及到金屬材料的配比，這直接影響裝備的使用壽命，否則列印産品不符合要求也沒法使用。”他指出，3D列印作為一種制造技術受材料制約，此外，零部件使用中需要承受何種程度的高溫、高壓、耐腐蝕環境，也是需要考慮的。否則，3D列印即使可以列印出外形漂亮的産品，但也可能不敷使用。

    俞碩對此看法也表示了認同：“如果武器裝備要在高溫、高壓環境中作戰，必須要依靠非常難的成形技術才能保證武器裝備的強度。”他認為，3D列印卡車是不可能的，不僅因為卡車尺寸太大，最關鍵的是卡車的梁與框架等受力部件都是無法列印的。

    多位專家還指出，受技術、成本的限制，3D列印技術難以取代大規模流水線生産。此外，目前3D列印成品的精度還不盡如人意，列印效率還遠不能適應大規模生産的需求。“卡車生産線一天生産成百上千輛，3D列印生産一輛可能好幾天。”俞碩説。

    發展更偏重零件多樣化與自身小型化

    “從世界范圍看，軍事上3D列印不是很普遍，畢竟作為新型制造技術還在探索中，也不是每個國家都能用上這個技術。”朱啟超説，“盡管現在這種技術出現在了北約軍隊中，但事實上它的軍事應用落地還是很難。”俞碩表示：“大部分國家還沒有應用，主要是沒找到合適的軍事用途。”

    資料顯示，未來3D列印技術在軍事領域的發展主要體現在提升材料多樣性以滿足武器裝備零部件多樣性需求；3D列印係統向小型化方向發展，適應野外戰爭迅速精確保障要求。據報道，美軍為戰場官兵研發了一款小型3D印表機，可以放在官兵的背包中並在戰場中使用。

    “3D列印實驗室隨軍前行是可以的，但必須是一米內的小型集裝箱才能現實，用于列印小零件。”俞碩説，如果真的扛著房子大小的設施前行，在軍事上非常礙事。此外，3D列印的效率也是將來應用的重要考量，“半小時修復受損裝備是有價值的，如果要花一天時間那就沒價值了，修什麼？敵人都來了。”俞碩認為，武器裝備零部件損壞，更現實的途徑是購買一個新的，只有在偏遠地區3D印表機才適用，“它的效費比很低，大概列印上千次産品才能收回成本。因此普遍性隨軍前行不樂觀。”

    至于風洞試驗中是否能使用3D列印制成的飛機、導彈、火箭模型來獲取試驗數據，俞碩認為，這些復雜模型傳統工藝做起來比較復雜，3D列印的效率反而會高一些。朱啟超則表示，3D列印與風洞試驗能否相容仍舊取決于風洞試驗所需模型的材料是否達標。（唐芳）