3D打印助力先进武器开发

近年来，3D打印（AM）为制造业带来巨大变革，连各国军队都纷纷将该技术应用到军备制造和维修领域。

图说：高超音速武器有赖3D打印零件。资料图片

导弹部件是“打印”的

飞机、导弹的零件往往结构复杂、形状特殊，用传统工艺制造又难又贵，3D打印正好能解决难题。“尽管还不能‘打印’一枚完整的导弹，但推进系统等诸多关键零件已能用3D打印机弄出来，让研发生产更快更高效，”《简氏国际防务评论》称，“3D打印的优势是能造出几乎任何形状的物体，小批量、多品种、柔性化和定制化是其最适宜的场景，目前美国雷锡恩、洛·马等军火商都在武器设计生产中使用3D打印。”

雷锡恩公司旗下约80%的导弹部件通过3D打印获取，包括火箭发动机、制导系统、印刷电路等。美国空军第91导弹维修中队也在用3D打印制造特种工具，用于维修“民兵-3”洲际导弹。

图说：美国3D打印机器人加工导弹导引头。资料图片

制造高超音速武器

与传统制造手法相比，3D打印可在极短时间内“打印”出供测试用的样品。雷锡恩公司导弹系统分部副总裁阿伦·考彻尔称，使用特殊的3D喷印技术，可在一天内造出所需导弹模型，而用传统技术则需要约400小时。洛·马公司声称，用3D打印为“三叉戟-IID5”潜地导弹制造部件，能比传统方法节省一半时间。

3D打印精度高、可控性强，应用在研制领域能大幅减少人工差错的出现几率，从而节约成本。该技术还能保证企业对所需配件做到“随用随打”，减少大批量存储和运输费用。据称，美国公司用传统工艺为爱国者PAC-3地空导弹制造齿轮组件的成本约2至4万美元，转用3D打印后，降到惊人的1250美元。

更重要的是，3D打印还是研制高超音速武器的重要技术。因为以五马赫以上的速度在大气层中飞行，高超音速武器对材料要求苛刻，传统制造技术在切割、弯曲、塑形等方面很难达标。“只有借助3D打印，才有可能完成某些极端困难的制造任务。”

实战使用已不遥远

3D打印能根据需要调整所“打印”部件的形状，或制造特形零件。“这是各国军方在野战条件下维修破损装备的追求，”考彻尔称，“构建以3D打印为核心的野战维修基地，成了各国争夺的技术制高点。”

美国陆军已推出三个试验性“远征实验室”，内含3D打印机、数控机床等设备，可在野战环境下快速制造装备维修所需的复杂配件。其中两个分别于2012年和2013年部署到阿富汗南部，第三个留在美国国内。美国海军陆战队也有类似设备，他们在集装箱基础上制造出“移动式远征制造试验机床”（EXMAN），2016年12月在“钢铁骑士”演习中首次使用，可在8天内制造出32种急需配件，包括M242“大毒蛇”机关炮的消焰器，“如果使用传统维修手段，类似消焰器这样的部件将从遥远的美国本土运至战场，时间成本是不可忍受的”。

尚不能独挑大梁

当然，3D打印也存在局限性，无法彻底颠覆传统制造业。例如在大批量生产塑料零件方面，采用传统塑模制造方法依然有成本低、速度快的优势。在金属零件加工方面，3D打印的精度和表面质量还不能与传统机械加工媲美。

“在相当长的时期内，3D打印仍是对传统制造方法的有效补充，”美国《防务新闻》称，美国在制造F-35战斗机时采用部分通过3D打印制造的钛合金承力结构件，但大部分钛合金结构件依然通过传统锻造工艺制造。事实上，要想最大限度发挥3D打印的潜能，还需与其他技术相结合。欧洲防务局（EDA）就发现一种让弹头小型化、轻型化的途径，即在弹头内嵌入气泡，实验数据显示，与普通弹头相比，同等重量和尺寸的“蜂巢式”弹头爆炸所发出的能量更大，但这种“蜂巢式”设计必须与3D打印相结合，因为普通工艺和技术无法完成气泡嵌入工作。

王权