增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的應(yīng)用

來源： 中國軍融智庫
作者：劉偉

導(dǎo)讀:在現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)迅猛發(fā)展的今天，軍用裝備快速修復(fù)能力對提高軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有十分重要的意義。文章旨在論述增材制造技術(shù)用于軍用裝備快速維修的現(xiàn)狀、優(yōu)勢、面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。通過對增材制造技術(shù)的定義、歷史發(fā)展和與傳統(tǒng)制造技術(shù)的對比分析，明確它在軍事裝備快速修復(fù)過程中的核心地位。進(jìn)一步討論增材制造技術(shù)修復(fù)不同軍種裝備的實(shí)例，論證技術(shù)優(yōu)勢的同時也指出局限性和挑戰(zhàn)。基于此提出加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，優(yōu)化工藝流程和質(zhì)量控制，提高人才培養(yǎng)和專業(yè)能力，探索跨領(lǐng)域融合協(xié)同創(chuàng)新的策略和建議。本課題研究對增材制造技術(shù)用于軍用裝備快速維修具有理論指導(dǎo)與實(shí)踐參考作用。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境中軍用裝備快速修復(fù)能力對保障部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有重要意義。增材制造技術(shù)作為新興制造技術(shù)，因其靈活性、高效性等特點(diǎn)為軍用裝備快速維修提供了全新解決方案。文章將對增材制造技術(shù)用于軍用裝備快速維修的研究現(xiàn)狀進(jìn)行論述，對該技術(shù)所面臨的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，對該技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行預(yù)測。

增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備的快速維修，雖顯示出巨大潛力，但是還存在著一些急需解決的問題。如增材制造技術(shù)中的材料選擇，制造精度和成本控制還需要進(jìn)一步的優(yōu)化。另外，增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速維修的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化有待深入研究。這些問題的出現(xiàn)制約著增材制造技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用。

針對上述問題提出相應(yīng)的策略與建議。一是需加強(qiáng)軍用裝備快速維修增材制造技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，以提高制造精度及可靠性。二是需對增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速維修的工藝流程和質(zhì)量控制進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到降低成本、提高效益的目的。三是必須提高增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速維修的人才培養(yǎng)和專業(yè)能力，才能適應(yīng)軍用裝備的快速維修。通過實(shí)施上述戰(zhàn)略與建議，可進(jìn)一步促進(jìn)增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備的快速維修，從而為軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的提高提供強(qiáng)有力的支持。

一、增材制造技術(shù)概述

（一）增材制造技術(shù)定義與發(fā)展歷程
增材制造技術(shù)也叫做3D打印技術(shù)，是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，通過逐層疊加材料來構(gòu)建三維實(shí)體。增材制造技術(shù)自上世紀(jì)80年代產(chǎn)生至今，已經(jīng)走過一個由概念提出向?qū)嵺`應(yīng)用迅速發(fā)展的時期。它的界定不僅涉及技術(shù)自身，而且還蘊(yùn)含著新的設(shè)計(jì)理念與制造哲學(xué)。增材制造技術(shù)由于具有靈活性，高效性以及定制化等優(yōu)點(diǎn)而顯示出極大的應(yīng)用潛力與前景，是軍用裝備快速修復(fù)中的重要技術(shù)之一。文章將就增材制造技術(shù)從技術(shù)定義，發(fā)展過程，軍事應(yīng)用潛力，與傳統(tǒng)制造技術(shù)對比及其對軍用裝備快速維修的重要意義展開深入討論。

增材制造技術(shù)作為一項(xiàng)具有革命性的生產(chǎn)工藝，其歷史可以追溯到1984年。那時，美國發(fā)明家查爾斯·赫爾（Charles Hull）發(fā)明了立體光固化（SLA）技術(shù)，這標(biāo)志著增材制造技術(shù)的誕生。接下來，眾多的增材制造方法陸續(xù)被推出，包括選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）以及熔融沉積成型（FDM）等技術(shù)，這些工藝在材料選擇，制造精度和生產(chǎn)效率上都有其獨(dú)特之處，這大大促進(jìn)了增材制造工藝的開發(fā)與應(yīng)用。隨著科技的日益成熟與進(jìn)步，增材制造在軍事領(lǐng)域中的運(yùn)用逐漸被人們所重視，尤其在軍用裝備的快速維修中，它所表現(xiàn)出的特有優(yōu)勢與巨大潛力為軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的提高提供了一種全新的解決思路。

（二）增材制造技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用潛力
增材制造技術(shù)就是利用逐層疊加材料構(gòu)建對象的一種制造手段。在軍事領(lǐng)域中，該技術(shù)顯示出極大應(yīng)用潛力。一是增材制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速生產(chǎn)，對設(shè)計(jì)、生產(chǎn)高定制化要求軍用裝備非常重要。如利用增材制造技術(shù)可迅速制造滿足具體任務(wù)要求的武器配件或者防護(hù)裝備等；二是增材制造技術(shù)對提高設(shè)備維修與修復(fù)效率有顯著優(yōu)勢。傳統(tǒng)維修方法通常耗時耗力，增材制造技術(shù)能夠迅速將受損零件的替代品印制到戰(zhàn)場或者基地，從而減少了設(shè)備停運(yùn)時間，增強(qiáng)了兵力作戰(zhàn)連續(xù)性；另外，增材制造技術(shù)對于降低軍事裝備制造成本、提高材料利用率等都有著明顯的優(yōu)勢。增材制造技術(shù)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、減少材料浪費(fèi)等措施，在提升設(shè)備可持續(xù)性、環(huán)境友好性等方面幫助減輕了軍事預(yù)算負(fù)擔(dān)。

（三）增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的比較
增材制造技術(shù)較傳統(tǒng)制造技術(shù)在諸多方面都顯示出特有的優(yōu)越性。一是從設(shè)計(jì)自由度上看，增材制造技術(shù)使傳統(tǒng)方法很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)得以制造，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來更多的可能；二是從生產(chǎn)效率上看，增材制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速樣機(jī)生產(chǎn)，單件小批量生產(chǎn)，減少由設(shè)計(jì)向制造過渡的時間，增加生產(chǎn)靈活性。這在軍事領(lǐng)域快速響應(yīng)，定制化需求顯得格外重要；從材料利用率上看，增材制造技術(shù)采用逐層疊加來制造對象，降低材料浪費(fèi)，比傳統(tǒng)切削和鑄造制造方法材料利用效率高。

但增材制造技術(shù)也有一些局限。比如在制造大型裝備或者高強(qiáng)度，耐高溫材料零件等方面，傳統(tǒng)的制造技術(shù)也許會更成熟，更可靠。另外，增材制造技術(shù)可能會面臨著材料性能的不穩(wěn)定性和后期加工的復(fù)雜性。

二、增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
（一）增材制造技術(shù)在不同軍種裝備修復(fù)中的應(yīng)用案例
陸軍方面，增材制造技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于坦克，裝甲車和其他地面裝備關(guān)鍵部件的快速維修。如利用3D打印技術(shù)可快速制作戰(zhàn)場損壞部件替代品以減少設(shè)備維修時間、提高軍隊(duì)機(jī)動性及作戰(zhàn)效率等。在海軍領(lǐng)域，增材制造技術(shù)也顯示出了它在艦船維修上的價值。利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了艦船中螺旋槳，閥門及其他復(fù)雜部件的快速制作，減少了等待部件供給帶來的拖延。在空軍方面，飛機(jī)維修也越來越多地采用增材制造技術(shù)。利用3D打印技術(shù)，我們能夠迅速生產(chǎn)飛機(jī)中的關(guān)鍵組件，例如發(fā)動機(jī)部件和起落架等，這有助于提升飛機(jī)的維護(hù)效率和穩(wěn)定性。

（二）增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的技術(shù)優(yōu)勢
增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速維修，技術(shù)優(yōu)勢顯著。一是增材制造技術(shù)靈活性高、定制性強(qiáng)，能夠按照實(shí)際需要快速地設(shè)計(jì)、制造所需要的零件，以適應(yīng)軍用裝備對快速維修的個性化要求。二是增材制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜形狀與結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，對某些傳統(tǒng)制造技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜零件，增材制造技術(shù)也能夠很容易地處理。另外增材制造技術(shù)還有著材料利用率更高，生產(chǎn)周期更短以及成本比較低的優(yōu)勢，這都使增材制造技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍用裝備的快速維修。

增材制造技術(shù)也為軍用裝備的快速維修帶來了一些限制與挑戰(zhàn)。比如增材制造技術(shù)中材料性能，精度控制以及后處理都還存在著一些缺陷，這都有可能對零件的品質(zhì)以及可靠性造成影響。另外增材制造技術(shù)裝備費(fèi)用比較昂貴，對某些受經(jīng)濟(jì)條件限制的軍隊(duì)可能難以承受。所以如何突破上述限制，發(fā)揮增材制造技術(shù)優(yōu)勢是目前亟待解決的一個重要課題。

（三）增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的局限性與挑戰(zhàn)
盡管增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中具有顯著優(yōu)勢，但其局限性和挑戰(zhàn)也不容忽視。一是增材制造技術(shù)對材料性能還具有局限性。當(dāng)前在增材制造技術(shù)中所用材料品種比較少，而且有些材料在性能上還不能與傳統(tǒng)材料媲美，可能影響零件的耐用性及可靠性。二是增材制造技術(shù)的精度控制也受到了挑戰(zhàn)。因增材制造時存在熱影響、變形等問題，會使零件尺寸精度及表面質(zhì)量很難達(dá)到軍用裝備嚴(yán)格要求。另外，增材制造技術(shù)后處理中存在著一些問題，比如零件熱處理、表面處理等等，這類后處理都有可能使生產(chǎn)成本及周期提高。

（四）增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的發(fā)展趨勢與前景
增材制造技術(shù)用于軍用裝備快速維修的未來發(fā)展趨勢與展望如下。一是隨著材料科學(xué)與制造技術(shù)的發(fā)展，增材制造技術(shù)中所用材料的品種會越來越多，其性能會進(jìn)一步提高，從而有利于解決目前材料在性能上存在的局限性。二是隨著增材制造技術(shù)中精度控制，后處理等工藝上的突破，零件的品質(zhì)與可靠性會有進(jìn)一步的提高，以適應(yīng)軍用裝備對零件的苛刻要求。另外，由于增材制造技術(shù)不斷推廣，成本不斷下降，它將更多地被用于軍用裝備快速維修，從而為軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的提高提供了強(qiáng)有力的支持。

（五）增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的策略與建議
為解決增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速維修所面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出了如下策略和建議。一是要加強(qiáng)軍用裝備快速維修增材制造技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，促進(jìn)材料科學(xué)和制造工藝取得突破性進(jìn)展，適應(yīng)軍用裝備高性能材料要求。二是對增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速維修的工藝流程及質(zhì)量控制進(jìn)行了優(yōu)化，通過對制造參數(shù)的準(zhǔn)確控制來改善產(chǎn)品精度及表面質(zhì)量并降低內(nèi)部缺陷。另外，提高增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速維修的人才培養(yǎng)和專業(yè)能力，為國家培養(yǎng)出一批懂技術(shù)、會管理的復(fù)合人才，為滿足軍用裝備增材制造技術(shù)快速維修的需要。三是探索增材制造技術(shù)跨領(lǐng)域融合協(xié)同創(chuàng)新應(yīng)用于軍用裝備快速維修，并結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域，使增材制造技術(shù)向智能化，自動化方向發(fā)展，從而提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量穩(wěn)定性。通過實(shí)施上述戰(zhàn)略和建議，有望促進(jìn)增材制造技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍用裝備快速修復(fù)中，從而為增強(qiáng)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力提供強(qiáng)有力的支持。

三、增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的策略與建議
（一）加強(qiáng)增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新
軍用裝備快速修復(fù)對于確保部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗準(zhǔn)備狀態(tài)具有重要意義，增材制造技術(shù)創(chuàng)新是促進(jìn)增材制造廣泛應(yīng)用的核心內(nèi)容。一是增加研發(fā)投入，鼓勵科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)共同開展技術(shù)攻關(guān)是提升增材制造技術(shù)成熟可靠程度的關(guān)鍵所在。二是注重新材料研發(fā)，滿足不同軍用裝備修理多樣化要求，保證修理材料品質(zhì)及性能。另外，與國際先進(jìn)水平加強(qiáng)交流和合作，主動引進(jìn)和吸收國外先進(jìn)技術(shù)既可縮短研發(fā)周期又可推動國內(nèi)增材制造技術(shù)迅速提高，從而提升軍用裝備維修效率與質(zhì)量，加強(qiáng)軍隊(duì)后勤保障能力。

（二）優(yōu)化增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的工藝流程與質(zhì)量控制
優(yōu)化工藝流程，嚴(yán)格質(zhì)量控制，是保證增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速修復(fù)效果較好的關(guān)鍵步驟。一是現(xiàn)有工藝流程需經(jīng)過梳理與優(yōu)化，去除冗余環(huán)節(jié)、精簡生產(chǎn)步驟才能顯著提高生產(chǎn)效率與響應(yīng)速度。二是建立全面、嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系來實(shí)時監(jiān)測增材制造工藝關(guān)鍵參數(shù)，保證每個修復(fù)件質(zhì)量能夠滿足乃至超越軍用裝備嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。另外，修復(fù)件后處理技術(shù)的進(jìn)一步研究也是非常關(guān)鍵的。通過對熱處理，表面處理和其他后處理工藝的完善，修復(fù)件機(jī)械性能不但得到了進(jìn)一步提高，而且使用壽命也得到明顯延長。這樣既可以提高軍用裝備可靠性與安全性，又可以減少長期運(yùn)行維護(hù)成本，對增強(qiáng)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力與保障能力有著重要意義。

（三）提升增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的人才培養(yǎng)與專業(yè)能力
增材制造技術(shù)能否不斷進(jìn)步，取決于專業(yè)人才培養(yǎng)與開發(fā)的水平。一是高等教育機(jī)構(gòu)及職業(yè)技術(shù)學(xué)院需加強(qiáng)增材制造技術(shù)相關(guān)專業(yè)建設(shè)，以培養(yǎng)技術(shù)基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的優(yōu)秀人才。這類人才既需要掌握增材制造關(guān)鍵技術(shù)，又需要具有市場經(jīng)營、產(chǎn)品開發(fā)等綜合能力，從而形成集技術(shù)、管理于一體的復(fù)合型人才；二是作為增材制造技術(shù)運(yùn)用主體的企業(yè)要注重職工在職培訓(xùn)及繼續(xù)教育工作，不斷提高職工了解新技術(shù)、運(yùn)用新技術(shù)的能力。通過經(jīng)常性的技能培訓(xùn)與實(shí)踐操作，員工可以熟練地應(yīng)用增材制造技術(shù)來提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量；三是企業(yè)要和科研機(jī)構(gòu)和高等院校建立密切合作，以產(chǎn)學(xué)研一體化的模式將人才培養(yǎng)和技術(shù)創(chuàng)新深度結(jié)合。這一協(xié)作能夠促進(jìn)理論知識和實(shí)踐技能高效融合，加速技術(shù)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用和增材制造技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

（四）探索增材制造技術(shù)在軍用裝備快速修復(fù)中的跨領(lǐng)域融合與協(xié)同創(chuàng)新
將增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備的快速維修需要同其他方面技術(shù)集成協(xié)同創(chuàng)新。如可與信息技術(shù)，材料科學(xué)，機(jī)械工程交叉合作發(fā)展新型增材制造技術(shù)及應(yīng)用方案。與此同時，還應(yīng)強(qiáng)化與軍事需求之間的銜接，并結(jié)合實(shí)際需要開展技術(shù)定制及優(yōu)化工作，以提升增材制造技術(shù)對軍用裝備快速維修的適用性及有效性。通過跨領(lǐng)域融合及協(xié)同創(chuàng)新可持續(xù)擴(kuò)大增材制造技術(shù)應(yīng)用，提升增材制造技術(shù)對軍用裝備快速維修的價值及貢獻(xiàn)。

四、結(jié)語
文章深入探究時，綜合分析了增材制造技術(shù)對于軍用裝備的快速維修。增材制造技術(shù)以其靈活性和高效性，為軍用裝備的快速修復(fù)提供了一種新的解決方案，這一點(diǎn)已經(jīng)得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛認(rèn)可。通過比較分析發(fā)現(xiàn)增材制造技術(shù)對軍用裝備的快速修復(fù)表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，例如減少修復(fù)時間，降低成本和改善修復(fù)質(zhì)量。

研究結(jié)論認(rèn)為，雖然增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備快速修復(fù)面臨著材料性能不確定，工藝流程復(fù)雜，專業(yè)人才需求高等局限與挑戰(zhàn)，但是經(jīng)過不斷的技術(shù)研發(fā)和革新，上述挑戰(zhàn)就能夠得到克服。另外，優(yōu)化工藝流程和質(zhì)量控制及提高人才培養(yǎng)和專業(yè)能力對促進(jìn)增材制造技術(shù)應(yīng)用于軍用裝備的快速維修具有重要意義。

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