美國海軍在艦船上裝配3D打印試驗室，帶來即時修復(fù)能力和新的自由度

導(dǎo)讀：隨著3D打印技術(shù)優(yōu)勢的愈發(fā)凸顯，其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也開始逐漸被重視起來。尤其是針對長期漂泊在海洋上的軍事艦船，3D 打印機(jī)可能給海軍帶來一種在海上修復(fù)船只的新方式。

2023年8月12日，南極熊獲悉，美軍巴丹號兩棲艦 (LHD-5) 使用艦船上裝備的3D打印完成了受損部件的即時修復(fù)，這為海軍節(jié)省了一大筆原本昂貴的維修費用。LHD-5艦上的海軍總工程師表示，他正計劃在接下來的幾個月里向其他船只和岸上維護(hù)中心推廣類似的打印機(jī)。

△2023年 8 月 6 日，巴丹號 (LHD 5) 號兩棲攻擊艦與第 26 海軍陸戰(zhàn)隊遠(yuǎn)征部隊 (MEU) 一起通過蘇伊士運(yùn)河時，一名美國海軍水手站在旁邊觀看。（美國海軍陸戰(zhàn)隊照片，由 Nayelly Nieves-Nieves 下士拍攝）

3D打印縮短艦船部件修復(fù)周期

以上所提及的艦船修復(fù)部件是卸壓載空氣壓縮機(jī)，它可以幫助船員可以根據(jù)操作的水深來改變船舶的吃水深度。巴丹號賈森·勞埃德少將表示，要更換有缺陷的裝置，海軍陸戰(zhàn)隊通常需要等待一年多一點的時間才能獲得全新的裝置。

巴丹號船員在 6 月份發(fā)現(xiàn)艦船上缺失的零部件，并使用船上的 3D 打印機(jī)即時建造并對新部件完成了測試。勞埃德表示，3D打印設(shè)備的將以往船上零部件的修復(fù)等待時間縮短到了五天，還可能幫助海軍節(jié)省了約 40 萬美元。

在接受媒體采訪時，勞埃德透露了巴丹號船員如何利用其3D 打印裝備的新細(xì)節(jié)，以及海軍工程師使用增材制造技術(shù)修復(fù)船只所帶來的極大便利性，他也希望未來能看到這種新興修復(fù)方法不斷發(fā)展。

△金屬冷噴涂增材制造應(yīng)用于制造美國海軍 NAVSEA 的潛艇部件（圖片來源：SPEE3D）

勞埃德表示：“增材制造和先進(jìn)制造確實是我們未來的發(fā)展方向，必須將其推廣到真實應(yīng)用當(dāng)中去。我們現(xiàn)在已經(jīng)不具備像二戰(zhàn)時那樣的鑄造能力，也沒有能力迅速建造出所需船舶數(shù)量。所以，我們必須研究不同的技術(shù)才能實現(xiàn)這一目標(biāo)，增材制造就是其中之一。”

如果勞埃德按照自己的方式行事，在接下來的幾年里，金屬和聚合物 3D 打印機(jī)將到達(dá)每個區(qū)域維護(hù)中心和每個造船廠。大甲板兩棲船和航母上會裝備上金屬打印機(jī)，然后是較小船只上裝備聚合物打印機(jī)”

△美國海軍在船上安裝的MarkforgedX7 聚合物3D打印機(jī)。圖片由 Markforged 提供

艦上3D 打印機(jī)和岸上團(tuán)隊協(xié)同作戰(zhàn)

在最近的案例中，海上的巴丹船員與岸上的海軍工程師在阿波羅實驗室開展了新的合作，以生產(chǎn)和測試用于卸壓載空氣壓縮機(jī)的噴霧器板。增材制造項目經(jīng)理詹姆斯·普魯塔 (James Pluta) 表示：“海軍于 2018 年建立了“阿波羅實驗室”。自那時起，其工程師主要駐扎在馬里蘭州卡德羅克海軍水面作戰(zhàn)中心，為操作 3D 打印機(jī)和相關(guān)計算機(jī)輔助設(shè)計應(yīng)用程序的水手提供技術(shù)援助。”

在兩棲戰(zhàn)艦的計劃中，包含無數(shù)的部件和子部件，單個板塊似乎可以忽略不計。但勞埃德表示，由于供應(yīng)系統(tǒng)中沒有替換噴霧器板，如果船員無法使用打印機(jī)，海軍可能很容易陷入更換壓縮機(jī)的大筆費用。

巴丹號船員能夠在海上打印噴霧器板的部分原因是海軍海洋系統(tǒng)司令部于五月簽署的授權(quán)書。勞埃德表示，這次任務(wù)允許船員使用 3D 打印來生產(chǎn)一些非關(guān)鍵部件，但需要獲得艦艇指揮官的批準(zhǔn)�！胺顷P(guān)鍵”是指如果部件發(fā)生故障或損壞，船上的水手也不會受到傷害。

勞埃德解釋說道：“我們在這里要做的就是區(qū)分所有金屬打印制件的不同。如果我要打印的東西重要性較低并且不會傷害到人，那么我們就打印它并在船上的操作環(huán)境中進(jìn)行測試。如果有什么東西是非常重要的，如果我打印它并且它在船上失敗并且它可能會危急人，那么情況就會有所不同�！�

當(dāng)被問及開始使用增材制造來生產(chǎn)更高關(guān)鍵性的零件是否符合海軍的利益時，勞埃德表示：“這取決于具體情況。在和平時期，當(dāng)?shù)却�維修只是一種不便時，就沒有動力去冒險打印船舶核心功能不可或缺的部件。我認(rèn)為在當(dāng)前環(huán)境下，我們需要在實驗室進(jìn)行大量測試，以確保我們不會讓水手面臨任何安全風(fēng)險。如果你處于戰(zhàn)時環(huán)境中，這種計算就會改變。我認(rèn)為大多數(shù)指揮官寧愿擁有他們的艦艇的作戰(zhàn)能力，并了解他們可能會接受部件故障的一些技術(shù)風(fēng)險�！�

幾年前，當(dāng)海軍首次開始嘗試增材制造時，系統(tǒng)司令部（管理水手使用的各種技術(shù)的海軍程序和工程專家）會單獨簽署哪些組件可以用于 3D 打印。勞埃德表示，隨著這項新授權(quán)的到位，他估計大約 25% 的船載部件現(xiàn)在符合打印條件。此外，他還計劃開始在其他船舶以及岸上區(qū)域維護(hù)中心 (RMC) 上部署 3D 打印功能。

此前，美國海軍已在多艘艦艇上安裝了3D打印機(jī)，例如約翰·斯坦尼斯號航空母艦（CVN-74）。但海上打印金屬部件的出現(xiàn)，加上廣泛的新授權(quán)，賦予準(zhǔn)將們自行決定修理數(shù)千個艦載部件的自由度，使得這種新的擴(kuò)展游戲發(fā)生了變化。

勞埃德在談到兩棲攻擊艦 LHD-1 時說道：“今年我們將在黃蜂號上安裝另一臺相同的打印機(jī)。我們將在日本 RMC（2024 財年）安裝同一臺打印機(jī)，然后在接下來的五年里，我們將把它們安裝在各種兩棲艦艇和航空母艦上。”

至于巴丹號，今年船員們可能會有更多機(jī)會試驗和測試其 3D 打印實驗室，因為這艘船載著第 26 海軍陸戰(zhàn)隊遠(yuǎn)征隊，作為巴丹號兩棲準(zhǔn)備小組的一部分穿越中東和卡特大廳(LSD-50)。