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3D打印助军事变革:研制新战机从20年缩短到3年

作者:admin     点击:1511      时间:2015-01-30

核心提示:最近,“3D打印技术”成了科技新闻报道中的高频词汇,甚至被英国《经济学人》杂志预测为“将推动新一轮工业革命的来临”。在这项技术中,只需将计划制造的物品进行扫描,并向3D打印机传输,打印机就可以将组成物体的各材料层堆叠粘合,形成成品。这一具有数字化、智能化等特点的先进“复制”制造技术在民用化的同时,也悄然成为国防和军事工业的“新贵”。

    从打印玩具、食物、器官,到手机部件、飞机机翼,3D打印的应用越来越普及,越来越实用,这项创新科技能让用户把电脑上的三维物体直接“打印”出来,开创了一种既方便快捷又物美价廉的制造方式。也就是在短短两年时间里,3D打印技术已运用于军事和航空航天领域,造价高昂的战斗机、舰载机等也都能通过“打印出炉”了。

或将引发新一轮技术革命浪潮

    翻一翻科技方面的新闻,我们不难发现,3D打印正作为一个高频词汇出现在各类杂志报刊中:2012年,美国《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》杂志则预测,3D打印技术将推动新一轮工业革命的来临……从前不温不火的3D打印,如今变得炙手可热。

    3D打印是一项什么技术?维基百科给出的解释是“一种由计算机辅助设计软件通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的增材制造技术”。它既不需要用纸,也不需要用墨,而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术,使特定金属粉或者记忆材料熔化,并按照电子模型图的指示层层重新叠加起来,最终把电子模型图变成实物。

    记者了解到,这项技术正是发源于军方的“快速成型”技术,早在上世纪90年代就已提出技术研发构想,只不过近几年才出现了突破性进展。

    与传统技术相比,3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而大幅缩短生产周期。此外,3D打印技术还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形,让人们可以更有效地设计出飞机机翼、热交换器等工艺复杂的产品。在生产过程中还没有与其功能无关的剩余物,一旦技术走向全面成熟,将大大降低生产成本。甚至一个人、一台电脑、一部打印机就有可能组成一个“工厂”。

    根据最新的报告显示,3D打印在2012年市场规模为22.04亿美元,约合135亿元人民币。更有数据显示,3D打印的市场在2016年将达到31亿美元,到2020年将达到 52亿美元,这意味着在短短8年内实现300%的增长。因此,专家预测,随着3D打印技术一路“高歌猛进”,该技术带来的变化或将改变整个制造业的面貌。

在国防军工领域价值已经凸显

    2014年4月,当国内外众多媒体陆续报道了美国利用3D打印技术打印出枪支的新闻后,3D打印再度风靡全球。人们不仅关注3D打印技术引爆了制造、材料和生物等多个领域的革命,更关注其对世界新军事变革的影响。

    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。

    在传统的战斗机制造流程当中,飞机的3D模型设计好后,需要进行长期的投入来制造水压成型设备。资料显示上世纪八九十年代,要研发新一代战斗机至少要花10-20年的时间。而使用3D打印这种增材制造技术后,零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。

    国防大学军事后勤与军事科技装备教研部教授李大光表示,3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件。如果借助3D打印技术及其他信息技术,最少只需3年时间就能研制出一款新战斗机。

    除了能够提升武器装备的研发速度外,3D打印技术还能大幅降低武器装备的造价成本。传统的武器装备生产中,原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序,除去多余部分形成零部件,然后被拼装、焊接成产品。这一过程中,将有90%的原材料被浪费掉。与传统工艺不同,3D打印技术的武器装备及其配件生产过程中,可直接根据计算机图形数据,通过层层增加材料的方法“打印”出高精尖的武器装备与配件,按需取材,整个生产过程几乎没有浪费。

    还有专家指出,变化的不仅是武器装备工艺研发模式,还有军队的保障方式。未来战争中,利用3D打印技术,都可能由作战人员在战地自助生产行动所需的食品、药品和装备,从而率先掀起后勤保障的革命。

正演变为一场世界性的科技角逐

    正是由于3D打印技术可能带来的军事技术革命和作战方式变革,使得当前,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。

    美国总统奥巴马在2013年的国情咨文演讲中强调了3D打印技术的重要性以及推动3D打印业的发展。随之而来的便是股票中大大小小的3D打印相关股价均出现大幅上涨,从其中不难看出投资者的热情已经被大幅调动起来。目前,美国在俄亥俄州扬斯敦成立了首个3D打印制造创新中心,奥巴马表示还将继续成立3个制造中心,打造全球高科技中心。

    近几年,美国陆军也在更多地涉足3D打印行业。其最新的进展就是采用3D电子打印技术,允许将天线打印至头盔或将传感器打印至衣服中,以及在单个打印作业中打印无人机机翼。

    英国政府也宣布投入700万英镑用于英国本土3D打印研发;一直在该领域领先的以色列也在不断尝试新领域的3D打印技术应用……因而有专家认为,3D打印技术正成为一场世界性的科技角逐,事关自主创新能力的提升和整个工业的转型升级。

    “要打造工业强国,就必须对症下药,推动工业走向数字化、智能化。”中国航天科技集团公司总工程师杨海成认为,“在这个过程中,发展3D打印技术将是造就工业强国的重要抓手。3D可以表现我们最丰富的产品设计,大幅提高工业设计能力和产品开发水平。”

中国步入产业化第一梯队

    在我国, 3D打印技术起步并不晚。上世纪90年代,西安交通大学、清华大学等高校就已经开始进行3D打印的研究。记者了解到,目前国内已经有几十家从事3D打印技术的企业和科研单位。

    根据中航工业的资料,备受瞩目的运20、歼15,就采用了3D打印技术。其中首飞成功的歼15机型,用3D打印技术制造了钛合金主承力部分,包括整个前起落架。此外,由北京航空航天大学等单位组成的团队制造出了迄今世界上尺寸最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成型工程化成套设备。

    不仅如此,2012年10月,中国3D打印技术产业联盟成立。该联盟在南京等城市集中优势资源建设中国3D打印技术产业创新中心,通过行业抱团发展的模式逐步打开市场。

    “但我们同欧美国家还存在差距”,有专家们表示,目前,欧美各国3D打印行业在工艺技术、研发投入、产业形态等领域都处在领先水平,而国内企业一直止步于模仿生产,整体科研能力不强。面对这一现状,我们应该进行科学规划,尽快完成国内市场的布局。

    记者了解到,目前,工信部正在牵头制定《国家增材制造产业发展推进计划(2014-2016年)》,有望成为国家级的增材制造产业发展推进计划。对此,国家制造业信息化培训中心教授鲁君尚认为,应该加强顶层设计和统筹规划,将3D打印产业纳入优先发展产业目录,同时,尽快筹建3D打印行业组织,积极组织开展相关标准制定和产业政策研究,推动整个行业加快发展。