增材制造技术（3D打印）对装备保障的应用启示

刘增勇 吴京朋 关晓婷

摘 要：介绍增材制造技术（3D打印）的基本概念，梳理该技术在航空装备、汽车装备、医疗装备和军事装备等领域的实际应用，阐述对装备保障工作的启示。

关键词：增材制造 3D打印 装备保障

0前言

2021年3月，我国再次启动三星堆遗址考古挖掘工作，其中，在3号坑内挖掘出迄今为止出土规模最大的一件青铜器。为了保护好这件青铜器，考古专家运用增材制造技术，给这件文物穿上了“防护服”。

文物防护只是增材制造技术应用的一个方面。截止目前，增材制造技术已在航空装备、汽车装备、医疗装备等领域展示了重大应用价值和前景。在“2021年增材制造创新发展论坛”上，专家就表示，我国增材制造技术已经从萌芽培育迈入了应用推广的新阶段。未来，随着增材制造技术的快速发展，也必将能成为赋能军事装备保障的重要手段。

1基本概述

增材制造技术，也称为3D打印，是一种非常高效快速的成型技术，在3D打印中，以数字模型文件为基础，在“打印”中使用液态或粉态的金属粉以及可塑性高的物质等，通过层建叠加的方式进行构造[1]。具体来说，是指通过3D打印机在设计文件指令的引导下，先喷出粉末或液态物质材料，使其形成一平面薄层。第一平面薄层固化后，在第一平面薄层基础上形成第二平面薄层。第二平面薄层固化后，在第二平面薄层基础上形成第三平面薄层。循环往复，最终将多平面薄层累积成一个三维物体。

2增材制造技术（3D打印）的实际应用

2.1航空装备领域

2017年5月，我国自主研发生产的大型喷气式C919客机首飞成功，其中就搭载了28件增材制造的钛合金舱门零件。2020年5月，我国新一代载人飞船试验船返回舱，其中超大尺寸整体钛框架就全部采用3D打印工艺制造。2020年7月，长征五号运载火箭搭载“天问一号”火星探测器成功点火起飞，其中的级间解锁装置保护板就是通过采用连续增材制造系统HT1001P加工而成。

2.2汽车装备领域

据统计，德国BMW MOtOren Werke AG集团使用3D打印超过27年，期间生产出数百万个汽车零部件，俨然已成为增材制造领域的深度玩家。其他跨国汽车公司也越来越多地使用3D打印技术。法国雷诺公司将增材制造作为其新“Re-FactOry”的重中之重。德国保時捷公司与通快机床制造商和MAHLE汽车零部件公司合作，为其911跑车发动机提供活塞3D打印。另外，德国FraunhOfer协会的研究人员与美国Fiat Chrysler AutOmObiles汽车公司合作，为其跑车开发悬架零部件的3D打印。

2.3医疗装备领域

自2020年新冠疫情爆发以来，3D打印为快速生产防疫物资也发挥了巨大作用，美国CarbOn工厂每周生产超过100万支的鼻咽拭子和1.8万个的防护面罩;FOrmlabs公司每天生产的检测拭子多达15万支，MKFG公司的生产规模也扩大到了每天10万只;英国PhOtOcentric公司采用光固化技术，对呼吸器兼容阀门进行3D打印，每周生产量达4万个。另外，法国巴黎医院安装60台F123型3D打印机，生产用于应急救援的各种产品，其中有面罩、口罩、注射泵、插管设备等。我国南方医科大学珠江医院使用的增材制造颅骨产品，不仅可以保证成骨细胞的正常生长，还能确保CT、核磁共振等检查时不受影响。

2.4军事装备领域

任何装备的研发与生产，都需要一定的制造工艺，3D打印因受原材料、技术条件等限制，目前还难以与流水线生产相比较，但因其不需要固定模具，可直接由设计转化为实物，实现零部件的快速打印制造，因此在军事装备设计，零部件制造，以及技术保障等方面得到广泛应用，是未来军事装备领域技术革新的关键。我国作为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金制造与应用的国家，其歼-15舰载战斗机、歼-16多用途战斗轰炸机、歼-20隐形战斗机及歼-31战斗机的研发生产均采用了3D打印技术。

3增材制造技术（3D打印）对装备保障的启示

3.1质效可靠化

国防大学军事后勤与军事科技装备教研部教授李大光就曾表示在上世纪八九十年代，研发新一代战斗机至少要花费10-20年时间，而借助增材制造技术，最少只需3年时间。增材制造技术还可以优化零部件结构，从而起到减重、增加使用寿命等效果。美国F16战机上使用增材制造的起落架，平均寿命是原始部件的2.5倍;F-22的钛合金锻件，如果采用增材制造技术可减重40%，有效载荷将大大提升。

3.2成本节约化

在进行大规模维修时，通常需要进行一段时间的货源采购，导致维修时间、维修成本的增加[2]。我国一汽大众采用增材制造技术生产的后排吹角风道系统，不仅将加工周期由148天缩短至7天，成本也由3.54万元降低至3000元。同样，该技术还可以对已经停产的汽车零件进行复刻，降低了购买零部件的费用，避免了汽车行业的“垄断”的现象[3]。

3.3生产多样化

增材制造技术，可以采用多种材料打印一种零部件，从而达到耐腐蚀、耐磨损、高强度等特性，重量也可以很轻。还可以把金属、陶瓷等复合在一起，具有金属陶瓷的双重特性。同样也可以开发很多新的合金，按照以往的合金方法，整个冶炼过程的代价高、周期长，而增材制造技术用粉状材料就可以解决问题，快速形成多种合金。

3.4储备经济化

增材制造技术将使保障部门极大地实现去库存化，推动优化新的供应储备效率。以往大约有30%的成本在器材仓储环节中。节约库存和仓储成本，是追求器材通过增材制造来实现的重要推动力。减少材料浪费，减少废旧器材，增材制造技术将从供应储备角度为可持续发展带来新的空间。

4结束语

尽管目前的增材制造技术（3D打印）还只是初露锋芒，也无法达到整装制造的技术成熟度，但可以肯定的是，随着增材制造技术（3D打印）的日渐发展和在军事领域的逐步应用，必将有力推动装备保障的变革创新[4]。展望未来，增材制造技术（3D打印）将作为未来制造生产业不可或缺的手段，对装备保障工作带来源源不断的推动力。

参考文献

[1]曾庆吉.3D打印技术在汽车制造与维修领域应用研究[J].内燃机与配件，2018.

[2]赵毓锋.汽车维修中3D打印技术的应用研究[J].时代汽车，2018.

[3]焦可如，鑫龙.3D打印技术在汽车制造中的应用研究[J].计算机产品与流通，2018.

[4]杨纯燕，封会娟，李慧梅，杨英杰，周慧.3D打印技术在装备维修保障的应用及展望[J].机床与液压，2020.