運(yùn)用3D打印技術(shù)提升裝備保障訓(xùn)練水平

作者：蔣北、馮兆軒

技術(shù)引領(lǐng)變革，變革推動(dòng)發(fā)展。在裝備保障訓(xùn)練領(lǐng)域，盯住前沿，加強(qiáng)融合，積極有為的拓展訓(xùn)練方法手段，是提高訓(xùn)練效能的有效途徑。當(dāng)前，3D打印技術(shù)迅猛發(fā)展，已在各個(gè)領(lǐng)域取得豐碩成果，引入裝備保障訓(xùn)練領(lǐng)域，將成為提升裝備保障能力新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

一、3D打印技術(shù)的成熟，為裝備保障訓(xùn)練提供了技術(shù)支撐
3D打印技術(shù)又稱積層制造，屬于快速成型技術(shù)的一種，它是一種數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)直接制造幾乎任意形狀三維實(shí)體的技術(shù)。經(jīng)過(guò)近20年發(fā)展，從打印材料到打印設(shè)備已趨于成熟，生產(chǎn)制造的成本逐步降低，為部隊(duì)裝備保障訓(xùn)練引入該項(xiàng)新技術(shù)提供了具有應(yīng)用可行性的技術(shù)基礎(chǔ)。

（一）應(yīng)用廣泛，可滿足不同領(lǐng)域需求
當(dāng)前，3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、汽車、航空航天、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)及食品工業(yè)等領(lǐng)域都有成熟的應(yīng)用。2014年7月1日，美國(guó)海軍試驗(yàn)了利用3D打印等制造技術(shù)快速制造艦艇零件；2015年4月21日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA），利用3D打印技術(shù)制造首個(gè)全尺寸銅合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件以節(jié)約成本；2016年4月19日中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院和中科院空間應(yīng)用中心研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)空間在軌3D打印機(jī)，可以幫助宇航員在失重環(huán)境下自制所需的零件，大幅提高空間站實(shí)驗(yàn)的靈活性，減少空間站備品備件的種類與數(shù)量和運(yùn)營(yíng)成本，降低空間站對(duì)地面補(bǔ)給的依賴性。這些成功的案例均應(yīng)用在國(guó)家安全戰(zhàn)略方面，充分表明3D打印技術(shù)已經(jīng)從簡(jiǎn)單的模型制作到高精尖的裝備零部件制造全部實(shí)現(xiàn)可能，也為我們裝備保障訓(xùn)練全部實(shí)現(xiàn)模型化、精準(zhǔn)化、透明化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（二）取材方便，可根據(jù)實(shí)際控制成本
目前市場(chǎng)成熟的打印材料主要有SL工藝成型材料、SLS工藝成型材料、SLS工藝成型材料、LOM工藝成型材料、FDM工藝材料、3DP工藝材料等。涵蓋了樹脂、塑料、陶瓷、金屬等不同材質(zhì)材料，應(yīng)用取材廣泛，設(shè)計(jì)選擇空間大。在實(shí)際應(yīng)用中，按照經(jīng)濟(jì)耐用、滿足最低限度使用標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合成本、外觀、細(xì)節(jié)、力學(xué)性能、機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)固性以及特殊應(yīng)用環(huán)境等因素，選擇合適的材料種類。如在識(shí)件認(rèn)件訓(xùn)練上，對(duì)模型精度和強(qiáng)度要求不高，采用工業(yè)ABS材料，可進(jìn)行機(jī)械加工(鉆孔、攻螺紋)、噴漆及電鍍。
在工作原理訓(xùn)練上，需要演示各機(jī)械部件之間的配合關(guān)系，對(duì)零配件精度、光澤度等要求較高，采用Somos 11122材料為半透明材質(zhì)。

在操作、故障排除訓(xùn)練上，重點(diǎn)在練習(xí)裝備的分解結(jié)合，對(duì)模型的強(qiáng)度和精度要求較高，采用聚醚醚酮(PEEK)材料，具有非常好的尺寸穩(wěn)定性,可以降低尺寸公差,是制作高質(zhì)量高精度的佼佼者。通過(guò)針對(duì)不同訓(xùn)練目標(biāo)，選擇不同材料，可有效節(jié)約成本，提高訓(xùn)練實(shí)效。

（三）人才支撐，可實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用
3D打印一個(gè)重要前提是建立打印模型，數(shù)字模型文件是實(shí)現(xiàn)3D打印的基礎(chǔ)，是獲得制作裝備零（部）件的第一步。而達(dá)到這一目的的三個(gè)重要要素，即建模人才、建模軟件、建模硬件。隨著國(guó)防建設(shè)的強(qiáng)大和發(fā)展，國(guó)民的國(guó)防意識(shí)不斷加強(qiáng)，攜筆從戎，立志國(guó)防建功立業(yè)的優(yōu)秀大學(xué)生、研究生等人才聚集在軍隊(duì)各個(gè)層級(jí)，部隊(duì)不泛建模的技術(shù)人才。在建模軟件方面，3DMax、Maya等成熟的三維開發(fā)軟件是主流，而且對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)開發(fā)環(huán)境要求不高。在建模硬件方面，目前部隊(duì)現(xiàn)有主流計(jì)算機(jī)均可承擔(dān)建模任務(wù)。同時(shí)，在模型素材的獲取方面，可以根據(jù)對(duì)模型精度要求的不同，依照裝備技術(shù)圖紙、裝備照片和分解的零（部）件等實(shí)物按比例建立所需模型。通過(guò)基本培訓(xùn)，部隊(duì)現(xiàn)有人員即可掌握，可行性較高。

二、3D打印技術(shù)的引進(jìn)，為裝備保障訓(xùn)練豐富了技術(shù)手段
隨著軍隊(duì)武器裝備的更新發(fā)展，特別是近幾年部隊(duì)改革力度前所未有，高新裝備列裝部隊(duì)如同下“餃子”般的速度。盡快形成武器裝備“兩成兩力”，對(duì)裝備的保障訓(xùn)練提出了更高要的要求和標(biāo)準(zhǔn)。裝備保障訓(xùn)練必須與時(shí)俱進(jìn)，加快裝備保障能力生成。

（一）手段先進(jìn)，適應(yīng)了訓(xùn)練變革和發(fā)展
縱觀3D打印技術(shù)，它具有研制周期短、不受制造工藝限制、節(jié)省材料和分布式生產(chǎn)的特點(diǎn)。將3D打印技術(shù)引入裝備保障訓(xùn)練領(lǐng)域，能夠有效的解決諸多制約裝備保障訓(xùn)練的棘手問(wèn)題。能有效地提高裝備保障訓(xùn)練的保障性。隨著強(qiáng)軍計(jì)劃的實(shí)施，武器裝備更新速度的不斷加快，裝備的類型、品種、數(shù)量發(fā)生了空前的變化，而與之配套的相關(guān)訓(xùn)練保障一定程度還難已滿足需要，短期還難有效解決。采用3D打印，可隨時(shí)制作、復(fù)制各類型裝備零部件模型，供教學(xué)使用。能有效地預(yù)防對(duì)現(xiàn)役裝備的損傷。目前我軍還沒(méi)有專門用于裝備保障訓(xùn)練的專用裝備，基本上都是在部隊(duì)現(xiàn)有實(shí)裝上進(jìn)行，有些訓(xùn)練內(nèi)容，特別是對(duì)高新技術(shù)裝備更多的是“望裝訓(xùn)練”，很難進(jìn)行實(shí)裝拆解�？衫�用3D打印技術(shù)整體制作裝備某一總成模型，避免反復(fù)在實(shí)裝上操作，降低裝備性能。能有效地使保障訓(xùn)練更接近真實(shí)。通過(guò)分析裝備“戰(zhàn)損”機(jī)理，自設(shè)自建裝備損傷數(shù)字模型，再現(xiàn)真實(shí)損傷現(xiàn)象，使保障訓(xùn)練人員沉進(jìn)在“實(shí)戰(zhàn)”。增強(qiáng)裝備保障訓(xùn)練效果，提高訓(xùn)練效益。

（二）形象直觀，提高了訓(xùn)練效益和質(zhì)量
3D打印模型，是看得見、摸得著的實(shí)實(shí)在在物體�？筛鶕�(jù)訓(xùn)練需要生產(chǎn)各式各樣的裝備零（部）件，構(gòu)建裝備保障訓(xùn)練所需要裝備與訓(xùn)練關(guān)系，有效解決“構(gòu)造原理難理解、故障發(fā)生難發(fā)現(xiàn)、維修操作難體驗(yàn)、裝備損耗難避免、維修能力難檢驗(yàn)”等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。一方面，可構(gòu)將抽象問(wèn)題具體化。通過(guò)3D打印的部件還原故障現(xiàn)象，再現(xiàn)教材和實(shí)際中訓(xùn)練內(nèi)容，用看得見、摸得著的方式再現(xiàn)故障原理，論證維修方式的科學(xué)性。另一方面，可將設(shè)想問(wèn)題實(shí)物化。3D打印技術(shù)能保證隨意設(shè)置“戰(zhàn)損”裝備，把模擬實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證理論猜想和推斷，構(gòu)設(shè)的模擬零（部）件，通過(guò)3D打印來(lái)實(shí)現(xiàn)，再現(xiàn)損傷現(xiàn)象，解決戰(zhàn)時(shí)保障與平時(shí)保障差別問(wèn)題，復(fù)員“戰(zhàn)損”裝備具有復(fù)合損傷的特點(diǎn)，增強(qiáng)“實(shí)戰(zhàn)”保障感，也為有效地建立更加豐富的“戰(zhàn)損”裝備維修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)造了條件。

（三）易于掌握，增強(qiáng)了訓(xùn)練技巧和方法
裝備保障訓(xùn)練在一定程度上依賴著諸多保障條件，受裝備、場(chǎng)地、天候等因素影響。采用3D打印技術(shù)，可最大限度地減少空間、時(shí)間、條件等方面的限制，使裝備保障訓(xùn)練更加靈活多樣。在訓(xùn)練內(nèi)容上，可有效地消除訓(xùn)練死角，因高新尖裝備的訓(xùn)練資料、裝備、零（部）件難以保障，在實(shí)裝上訓(xùn)練影響裝備技戰(zhàn)術(shù)性能等治約因素得到有徹底解決。在訓(xùn)練方法上，增加練兵興趣和主動(dòng)性，通過(guò)千變?nèi)f化的部件模型，使訓(xùn)練人員感覺(jué)在“玩玩具”中就得到了實(shí)練，寓教娛樂(lè)，提高訓(xùn)練效果。在訓(xùn)練形式上，自訓(xùn)、集中、編組形式多樣，通過(guò)修改模型的數(shù)據(jù)文件，自建自設(shè)，模型比例和材質(zhì)均可以自行選擇，甚至可以選擇真實(shí)比例和真實(shí)材料制作三維模型，使裝備保障訓(xùn)練內(nèi)容和形式更加豐富，滿足各種條件、環(huán)境、人員的需要。

三、3D打印技術(shù)的應(yīng)用，為裝備保障訓(xùn)練解決了技術(shù)難點(diǎn)
先進(jìn)的訓(xùn)練手段呈現(xiàn)出多樣性和靈活性，對(duì)于提高軍事訓(xùn)練質(zhì)量和效益起到了很好的促進(jìn)作用。3D打印技術(shù)的有效應(yīng)用，是對(duì)現(xiàn)有裝備保障訓(xùn)練的手段極大豐富和完善，可有效解決裝備“保障性”弱等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。



（一）注重應(yīng)用在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上
隨著部隊(duì)轉(zhuǎn)型發(fā)展，裝備進(jìn)行了大幅度更新，但在裝備的保障性上還存在著不配套，跟不上新裝備列裝的節(jié)奏，一定程度上影響部著隊(duì)裝備保障訓(xùn)練。面對(duì)實(shí)際，要好鋼用在刀刃，選擇好合適的訓(xùn)練手段，將對(duì)保障訓(xùn)練起到事半功倍的作用。因此，3D打印用技術(shù)要用在訓(xùn)練重點(diǎn)內(nèi)容上，用在裝備重點(diǎn)部件上，用在系統(tǒng)核心部位上。同時(shí)，要注重打印材料性能數(shù)據(jù)的收集整理，按裝備保障訓(xùn)練實(shí)際需求，對(duì)材料性能進(jìn)行分析和選取，使材料選擇更科學(xué)合理，減少浪費(fèi)，節(jié)省成本。對(duì)于對(duì)裝備保障訓(xùn)練涉及到的重要系統(tǒng)和部件，特別是在缺少實(shí)物或模型的條件下，要以解決訓(xùn)練難點(diǎn)，提高訓(xùn)練效益為主要目的，在突破經(jīng)濟(jì)成本基礎(chǔ)上，獲取最大的訓(xùn)練效益，實(shí)現(xiàn)部隊(duì)裝備戰(zhàn)斗力和保障力的提高。


（二）注重把握真實(shí)準(zhǔn)確性
3D打印系統(tǒng)在一定程度上就是一座移動(dòng)的兵工廠、訓(xùn)練器材庫(kù)，只要使用得當(dāng)，就能保證裝備保障訓(xùn)練所需部件的制作。選擇模型和打印材質(zhì)要堅(jiān)持以訓(xùn)練效果為牽引，處理好訓(xùn)練模型與實(shí)裝實(shí)件相匹配的矛盾，在保證訓(xùn)練實(shí)效基礎(chǔ)上，還要考慮節(jié)約開發(fā)、維護(hù)成本。在模型與實(shí)物的比例、準(zhǔn)確、完整等問(wèn)題的選擇上，堅(jiān)持“整體小比例，局部大比例”的原則，對(duì)于主要體現(xiàn)裝配關(guān)系的總成、操作流程等訓(xùn)練內(nèi)容，以小比例為主，重點(diǎn)在強(qiáng)化操作步驟，熟悉構(gòu)造，打好基礎(chǔ)；對(duì)于工作原理復(fù)雜、故障率高，難于理解，傳統(tǒng)訓(xùn)練方式效果不好的訓(xùn)練內(nèi)容，以大比例為主，重點(diǎn)在把握細(xì)節(jié)，掌握實(shí)質(zhì)，提升理論和實(shí)踐操作水平。


（三）注重與現(xiàn)有手段配套

統(tǒng)合好現(xiàn)有訓(xùn)練資源，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，形成相互補(bǔ)充、相互配合、相互呼應(yīng)的有機(jī)整體，極大地豐富裝備保障訓(xùn)練手段，提高訓(xùn)練質(zhì)量效益。當(dāng)前部隊(duì)模擬訓(xùn)練的普及，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)軍事訓(xùn)練質(zhì)量和效益。3D打印技術(shù)引入裝備保障訓(xùn)練之中，不僅是增加了先進(jìn)的裝備保障訓(xùn)練方式方法，更是對(duì)模擬訓(xùn)練和虛擬訓(xùn)練的完善和補(bǔ)充，將從空間視覺(jué)、觸覺(jué)場(chǎng)景走進(jìn)實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了從感知到實(shí)物的轉(zhuǎn)換。在實(shí)際訓(xùn)練中，3D打印可以直接應(yīng)用虛擬系統(tǒng)中現(xiàn)有的三維數(shù)字模型文件，將虛擬世界中的裝備、工具、器材等在現(xiàn)實(shí)世界重新塑造，變?yōu)榭吹靡姟⒚�得到的�?shí)物，體驗(yàn)更真實(shí)，感觀認(rèn)識(shí)更具體，對(duì)理解原理內(nèi)容、熟悉操作過(guò)程、掌握維修方法都具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

（四）注重加強(qiáng)統(tǒng)籌整合
制約3D打印技術(shù)在訓(xùn)練方面應(yīng)用最大的問(wèn)題應(yīng)是成本問(wèn)題。設(shè)備、軟件和材料都需要成本投入，如果投入過(guò)大，基層部隊(duì)難以推廣，將降低可行性。當(dāng)前市場(chǎng)上的3D打印機(jī)品種類型眾多，價(jià)格從千元到幾十萬(wàn)元不等，打印耗材根據(jù)不同材料其價(jià)格相差也很大。要區(qū)分任務(wù)逐級(jí)投入。把3D打印技術(shù)作為一個(gè)系統(tǒng)工程，區(qū)分層級(jí)，完成相應(yīng)裝備訓(xùn)練的保障。如在戰(zhàn)區(qū)、集團(tuán)軍和旅團(tuán)部隊(duì)，要分級(jí)購(gòu)置3D設(shè)備、打印材料和經(jīng)費(fèi)保障，減少基層部隊(duì)的保障壓力。要依據(jù)任務(wù)重點(diǎn)保障。根據(jù)部隊(duì)的任務(wù)特點(diǎn)、裝備特點(diǎn)和訓(xùn)練需求，對(duì)一線任務(wù)部隊(duì)和新轉(zhuǎn)型部隊(duì)、對(duì)高新裝備和復(fù)雜技術(shù)裝備要加大投入力度，采取上級(jí)支援建設(shè)和自建相結(jié)合方式，按實(shí)際運(yùn)行模式建立相應(yīng)的保障制度，確保裝備保障訓(xùn)練的效益。要統(tǒng)合系統(tǒng)成果共享。各層級(jí)都要做好統(tǒng)的文章，在運(yùn)用3D打印技術(shù)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)共享技術(shù)開發(fā)和成果運(yùn)用，走保障訓(xùn)練捷徑，減少層層投入和重復(fù)開發(fā)，提高訓(xùn)練效益。

四、結(jié)語(yǔ)
3D打印技術(shù)應(yīng)用于裝備保障訓(xùn)練具有重大意義，是解決現(xiàn)有裝備保障訓(xùn)練瓶頸的有效抓手。部隊(duì)?wèi)?yīng)根據(jù)所編配的裝備特點(diǎn)，綜合效益、成本等因素，統(tǒng)籌好現(xiàn)有訓(xùn)練資源，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在重點(diǎn)、難點(diǎn)訓(xùn)練內(nèi)容上、系統(tǒng)核心部件上，獲取最大的訓(xùn)練效益，實(shí)現(xiàn)部隊(duì)裝備作戰(zhàn)能力和保障能力的提升。

作者：蔣北、馮兆軒
來(lái)源：國(guó)防高科技在線、忠誠(chéng)號(hào)