3D 打印技术在大型武器装备维修中的应用
王家林 宋元元 王 涛
（73146 部队65 分队,福建 泉州362300）
摘 要： 近些年来,3D 打印技术的应用范围愈发广泛,在制作复杂结构件方面具有独特的优势。 3D 打印技术在武器领域的成功应用为快速维护战场装备提供了技术支持。针对3D 打印在军事领域的应用现状,分析了3D 打印技术在大型武器装备维修中的应用实践,为3D 打印技术在大规模维修中的应用提供参考。
关键词： 3D 打印技术；大型武器装备；维修；应用
3D打印技术即快速原型制作技术， 其是使用诸如粉末金属或塑料的粘合材料通过基于数字模型文件的逐层打印来构造对象的技术。理论上，只要有3D模型电子设计图纸和印刷材料，3D打印技术就可以用来根据需要快速制造各种部件。因此，3D打印技术被广泛应用于小批量和复杂零件的制造，在武器装备的开发、制造和维护以及战场修复方面具有广阔的应用前景。近年来，3D打印技术受到越来越多的关注，其关键技术研究不断取得突破，性能不断提高，军民两用领域的应用取得了重要进展，3D 打印技术在中国武器装备维护中具有广阔的应用前景。
1 3D 技术及其发展
1.1 3D技术概述
3D 打印技术，也称为增材制造技术，是材料减少后开发的快速原型技术。使用产品3D模型数据，打印并叠加逐层切割以形成完整的产品，在制造过程中不会产生任何浪费，并且在贵金属和稀有金属的加工方面具有突出的优势，特别是在军事领域。近年来，3D打印技术已广泛应用于军事装备维修，电子产品，模具制造等领域。目前，建筑模型，汽车，发动机，无人机，火箭发动机喷嘴等产品已经以低成本和周期印刷，在质量方面取得了显着的效益，特别是在军事领域，这引起了相关人员的注意。
1.2 3D技术在国内外发展现状
3D打印技术最先起源于欧洲和美国， 在国外的航空航天工业中，波音、空中客车已经开发出3D 打印技术作为战略技术。近年来，3D 打印技术在金属零件制造方面取得了重大突破。2015 年3 月，Carbon3D USA 开发了一种新的3D 打印技术——连续液位生长技术， 利用平衡的紫外线和氧气融化液体介质中的物体，为3D 打印创建可调光化学，逐层替换当前的机械化成型部件。2016 年1 月，西北大学开发出一种新的金属3D打印方法，可以使用金属粉末更经济，快速，均匀地打印金属混合物，金属氧化物，合金和其他金属。使用一种由溶剂和粘合剂组成的液体油墨材料，通过注射或挤出工艺印刷，然后在炉中烧结。目前，中国的3D打印技术已基本实现产业化。中国航空航天工业发展迅速，部分技术处于世界领先水平。战斗机歼-20 和歼-31 正在使用3D打印技术制造钛合金主要结构件，减少飞机结构的重量。值得一提的是，国内大型客机C919 也采用3D 打印技术设计制造， 以制造机翼的中央翼缘。2015 年7 月，在北京举行的“国家科技产业军民融合发展成果展”上， 北京航空航天大学展板介绍了近50 个大型关键钛合金和超高强度钢用于3D打印的组件。这些部件已通过全尺寸部件的测试，如动力强度，静态强度，疲劳寿命实验
文献中被广为引用的网络课程定义是教育部2002年2月颁布的《现代远程教育技术标准体系和11项试用标准》中给出的：“网络课程是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和,它包括两个组成部分:按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境”[6]。
2 3D 打印技术应用于大型武器装备维修中的优势
2.1 大型武器装备维修现状分析
在使用武器和设备期间，部件损坏或发生故障会导致武器出现故障，影响武器使用，这是不可避免的。目前，为了修复武器部件故障，大部分维修部件由备用部件代替，以更换损坏的部件。这种设备维护模式虽然可以在武器装备发生故障时快速修复武器装备，但仍存在以下问题：(1)备用零件过多，造成浪费。武器装备通常是高科技设备，武器系统很复杂，使用数千个零件。武器装备的高科技性质意味着随着科学技术的进步和发展，其升级也更快，一旦武器设备退役，设备的备件也将被废弃，如果所有组件都有大量备份，则可能会发生在武器装备服务和退役的有限时间内，由于未经使用而浪费了大量备份组件。(2)零部件备份不平衡。武器使用各种各样的零部件，各种部件的使用时间和失效概率都不同，特别是在战场上，各部件的损坏更难以预测，如果所有部件都以相同的量备份，则可能存在某些部件具有大量剩余而某些部件不足的情况。(3)备份效率不高。在实际战场中，不可能将所有部件都带到现场，且很难保证快速地在大量部件中找到所需备件， 如果武器装备的某些部件发生故障，而且备件不能在现场更换，或者更换损坏的部件不能及时进行，则可能会影响使用武器。(4)维护要求高。现代武器和装备中使用的大多数部件对维护过程有更高的要求，需要特殊的维护设备，有些则需要特殊的维护工具和专业技术人员。
把3D 打印技术应用于设备维护可以解决传统设备维护中的几个主要问题：(1)解决保护不足的问题。在实际的战争模式中，若武器装备受损，3D 打印技术就可以直接打印出战场上所需的部件，从而及时准确地修复受损设备，战斗能力可以快速恢复。(2)提升设备维护效率。可以将携带物理部件转换为携带3D打印机和打印材料，从根本上解决了难以携带所有备份部件的问题。它还可以将携带的部件转换为计算机数据库，在三维模型数据中，设备维护的针对性将更加明确，设备维护的速度将大大提高。(3)缩短零件生产周期。从3D设计到零件加工完成，只需几小时到几十小时，整个生产过程都是数字化的，可以随时修改并随时制造。3D打印的过程与组件的复杂性无关，并且是真正自由制造的，对于一些结构复杂零件的制造，3D打印技术大大缩短了生产周期。(4)加强维修设备建设。武器装备的技术含量高，维护过程要求高，维护更多零件需要特殊的维护设备和维护工具， 然而相应的维修设备和工具无法跟上开发需求，影响和制约了武器装备维修保障能力的提高。而使用3D打印技术，通过预先准备零件的3D模型数据，维护人员不仅可以直接制造所需的零件，还可以联系制造商获取维护工具的相关数据，并在现场打印。
2.2 应用3D 打印技术的优势
所有患者均先行彩色多普勒超声检查，多切面观察盆腔肿块病变部位、大小、形态、内部结构、壁、后方声影、分隔、内部回声性质等，并显示彩色多普勒检测病变内部及周边血流显示情况。彩色多普勒超声评价参照Lerner[2]等评分方法进行评价，即依据壁的厚度、后方声影、内部分隔、内部回声评分。
3 3D 打印技术在大型武器装备维修中的应用实践
3.1 无人机保障
2013 年，EADS 使用3D 打印技术利用热塑性材料制造微型无人机原型和无人机临时零件。英国南安普顿大学用增强型ABS塑料印制了一架小型无人机“SULSA”。它的翼展为2 米，最高速度为100 米。它还配备了微型自动驾驶系统，用于巡航。据说它是世界上第一台“3D打印”飞机，并已成功通过测试。美国空军研究实验室还利用3D打印技术制造了一架无人机，成为“宜居微型飞机”并完成了飞行测试。风洞试验是任何飞机开发测试飞机空气动力学性能的必不可少的过程。风洞试验模型要求模型数据准确并具有一定的强度。传统方法处理周期长，成本高，而直接使用设计模型数据通过3D打印制造的飞机模型满足低成本和快速制造的要求。
3.2 战场受损装备的快速维修
武器设备的战时保护与非战争模式下是不同的，尤其是在维修时间方面。在实际战争模式下装备受损不确定高，且受损部位具有较高的不确定性。使用3D打印机，可以随时使用各种粉末材料打印急需打印的部件，近年来，武器装备升级速度加快，一些设备生产线经常被拆除数年，并且在生产中停产的部件在战时恢复，这不仅制造成本高，而且处理时间长。在战场上，战争伤害部件的的CAD 模型。3D打印技术通过使用部署在前线的3D打印技术，用于快速制造和修复损坏的部件，缩短了物流供应链，可缩短设备维护所需要的时间。
3.3 战场生产装备维修工具
战场设备种类繁多，零件种类繁多，通用性和标准化程度低，若设备出现故障，则需要使用大量各式各样的特殊维护工具。尤其是在战场模式下，维护工具使用频率高，并且磨损率也大大增加。如果武器的特殊拆卸工具在使用过程中严重磨损或损坏，则需要重新加工该工具以完成维修任务。传统的修复工具处理方法不仅处理时间长，而且在工厂处理完成后还需要通过运输进入战场维护，既费时又费力，甚至可能使战斗机延误。3D打印技术可以根据预先存储的维护工具模型快速打印出维护工具，从而快速进行维护工作。
4 结论
近年来，3D打印技术发展迅速， 在复杂结构件方面具有独特的优势，3D 打印技术在武器领域的成功实践为战场装备的快速维护提供了技术支持。相信在不久的将来，随着3D技术的不断进步与发展，3D技术将被更加广泛地应用于军事领域， 为我国军事水平的提升，提供更大助力。
“数学教育中的历史与认识论欧洲暑期大学”（European Summer University on the History and Epistemology in Mathe- matics Education，简称 ESU）是数学史与数学教学的关系（简称HPM）国际研究小组最重要的活动之一，每4年召开一次．第八届“数学教育中的历史与认识论欧洲暑期大学（简称ESU-8）于2018年7月20—24日在挪威奥斯陆城市大学举行．曾任HPM国际研究小组主席的Constantinos Tzanakis、EvelyIle Barbin 及奥斯陆城市大学的Bjørn Smestad等组织了此次会议．
参考文献
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中图分类号： E92，TP391.7
文献标识码： A
文章编号： 2096-4390（2019）25-0058-02
标签：3D打印技术论文; 大型武器装备论文; 维修论文; 应用论文; 73146部队65分队论文;