美國(guó)海軍在艦船上裝配3D打印試驗(yàn)室，帶來(lái)即時(shí)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(shì)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(lái)。尤其是針對(duì)長(zhǎng)期漂泊在海洋上的軍事艦船，3D 打印機(jī)可能給海軍帶來(lái)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(hào)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(shí)修復(fù)，這為海軍節(jié)省了一大筆原本昂貴的維修費(fèi)用。LHD-5艦上的海軍總工程師表示，他正計(jì)劃在接下來(lái)的幾個(gè)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(hào) (LHD 5) 號(hào)兩棲攻擊艦與第 26 海軍陸戰(zhàn)隊(duì)遠(yuǎn)征部隊(duì) (MEU) 一起通過蘇伊士運(yùn)河時(shí)，一名美國(guó)海軍水手站在旁邊觀看。（美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)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(lái)改變船舶的吃水深度。巴丹號(hào)賈森·勞埃德少將表示，要更換有缺陷的裝置，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)通常需要等待一年多一點(diǎn)的時(shí)間才能獲得全新的裝置。

巴丹號(hào)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(shí)建造并對(duì)新部件完成了測(cè)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(shí)間縮短到了五天，還可能幫助海軍節(jié)省了約 40 萬(wàn)美元。

在接受媒體采訪時(shí)，勞埃德透露了巴丹號(hào)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(lái)的極大便利性，他也希望未來(lái)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(guó)海軍 NAVSEA 的潛艇部件（圖片來(lái)源：SPEE3D）

勞埃德表示：“增材制造和先進(jìn)制造確實(shí)是我們未來(lái)的發(fā)展方向，必須將其推廣到真實(shí)應(yīng)用當(dāng)中去。我們現(xiàn)在已經(jīng)不具備像二戰(zhàn)時(shí)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(shí)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(lái)的幾年里，金屬和聚合物 3D 打印機(jī)將到達(dá)每個(gè)區(qū)域維護(hù)中心和每個(gè)造船廠。大甲板兩棲船和航母上會(huì)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(guó)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(duì)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(shí)驗(yàn)室開展了新的合作，以生產(chǎn)和測(cè)試用于卸壓載空氣壓縮機(jī)的噴霧器板。增材制造項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室”。自那時(shí)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的水手提供技術(shù)援助�！�

在兩棲戰(zhàn)艦的計(jì)劃中，包含無(wú)數(shù)的部件和子部件，單個(gè)板塊似乎可以忽略不計(jì)。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(wú)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(fèi)用。

巴丹號(hào)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(lái)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(huì)受到傷害。

勞埃德解釋說道：“我們?cè)谶@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(huì)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(cè)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(huì)危急人，那么情況就會(huì)有所不同。”

當(dāng)被問及開始使用增材制造來(lái)生產(chǎn)更高關(guān)鍵性的零件是否符合海軍的利益時(shí)，勞埃德表示：“這取決于具體情況。在和平時(shí)期，當(dāng)?shù)却�維修只是一種不便時(shí)，就沒有動(dòng)力去冒險(xiǎn)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行大量測(cè)試，以確保我們不會(huì)讓水手面臨任何安全風(fēng)險(xiǎn)。如果你處于戰(zhàn)時(shí)環(huán)境中，這種計(jì)算就會(huì)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(huì)接受部件故障的一些技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)�！�

幾年前，當(dāng)海軍首次開始嘗試增材制造時(shí)，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(huì)單獨(dú)簽署哪些組件可以用于 3D 打印。勞埃德表示，隨著這項(xiàng)新授權(quán)的到位，他估計(jì)大約 25% 的船載部件現(xiàn)在符合打印條件。此外，他還計(jì)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(guó)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(hào)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(gè)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(shí)說道：“今年我們將在黃蜂號(hào)上安裝另一臺(tái)相同的打印機(jī)。我們將在日本 RMC（2024 財(cái)年）安裝同一臺(tái)打印機(jī)，然后在接下來(lái)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(hào)，今年船員們可能會(huì)有更多機(jī)會(huì)試驗(yàn)和測(cè)試其 3D 打印實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)檫@艘船載著第 26 海軍陸戰(zhàn)隊(duì)遠(yuǎn)征隊(duì)，作為巴丹號(hào)兩棲準(zhǔn)備小組的一部分穿越中東和卡特大廳(LSD-50)。