3D打印技術在世界各國國防領域中應用的案例

一直以來，增材制造技術憑借強大的功能被廣泛應用于許多領域，包括海洋、航空航天和汽車。當然，它也越來越多地被全球各地的國防部門采用。事實上，預計到2027年，軍用3D打印行業(yè)的價值將達到17億美元。

考慮到軍用產(chǎn)品對更快的速度、更輕的重量和更低的成本的需求，選擇增材制造技術來實現(xiàn)這些功能無疑是最為合適的。

南極熊本期文章列舉了一些3D打印技術在世界各國國防領域中應用的案例，從這些實際案例當中我們也可以進一步看出該項技術在國防上的重要性。

【1】9米長的金屬3D打印機

美國軍方對增材制造的好處深信不疑，在2021年他們已經(jīng)宣布將建造世界上最大的金屬3D打印機。

美國DEVCOM陸軍地面車輛系統(tǒng)中心正在ASTRO America、Ingersoll Machine Tool、西門子和位于Rock Island Arsenal的MELD Manufacturing聯(lián)合制造和技術中心的幫助下制造這款巨型打印機。

這臺打印機將成為無接縫車體項目的一部分，最終任務是為戰(zhàn)車打印一體式車體。據(jù)悉，項目預計需要大約14個月的時間，最終打印機將能夠打印30英尺長、20英尺寬、12英尺高（約9米×6米×3.6米）的金屬部件。雖然我們最近沒有這方面的消息，但該項目很可能會在不久的將來完成。

【2】3D打印跑道

軍事和國防領域的另一個應用來自ITAMCO（印第安納技術和制造公司），這家公司使用增材制造為軍事遠征機場開發(fā)了一條跑道。這些跑道墊是遠征機場 (EAF) 的重要組成部分。

它們的功能是在較弱的地面上實施，以允許軍用飛機著陸和起飛。在此之前，使用的是由鋁板制成的便攜式跑道，但隨著它變得過時，軍隊需要找到一種創(chuàng)新的解決方案。

德國公司EOS的M290 3D打印機被用于為美國空軍的軍事裝備制造更輕、更耐用的模型。

【3】ExOne 及其軍用吊艙

為了加速開發(fā)強大而堅固的3D打印工廠吊艙，ExOne在與多個合作伙伴合作后參與了這項任務的實施。具體來說，它涉及一項價值160萬美元的國防后勤局 (DLA) 合同。在該過程中，ExOne的Binderjet技術因其速度快、材料靈活且便于操作而被用于軍事用途，可以很好地滿足軍方的關鍵需求。

這款專為軍方設計的3D打印機據(jù)說能夠噴射粘合劑，噴射20多種金屬、陶瓷和其他粉末材料。此外，據(jù)說獨特的外殼和其他功能使其非常適合軍用級產(chǎn)品.。

【4】美國海軍的 3D 打印工具

美國海軍也在利用增材制造，他們的海軍陸戰(zhàn)隊發(fā)現(xiàn)了3D打印開發(fā)新型車輛維護工具的能力。

海軍陸戰(zhàn)隊系統(tǒng)司令部與供應營和行業(yè)合作伙伴合作，通過3D打印技術生產(chǎn)用于從金屬上拆卸方向盤的增材制造夾具，這是海軍車輛維護中經(jīng)常需要解決的問題。增材制造可以幫助減少維護和工具準備時間，能夠?qū)⒋祟惲慵膶嶋H等待時間縮減到25天左右。

【5】美國陸軍與南佛羅里達大學合作開發(fā)輕型鎂合金

在3D打印技術的原因方面，美國陸軍除了定期與相關公司合作，也在與一些大學合作。最近，中佛羅里達大學的科學家成功地3D打印了一種鎂合金，稱為WE43。據(jù)悉，研究人員開發(fā)這種材料并非巧合，而是出于軍方的需要。

美國士兵經(jīng)常需要被迫攜帶極其沉重的包和裝備，因此減輕他們的負重是有非常有必要的研究方向。不過，在WE43和粉末激光融合工藝的幫助下，美國陸軍和中佛羅里達大學可能已經(jīng)找到了解決方案。

【6】3D打印船的螺旋槳

近幾年來，著名的法國公司 Naval Group 一直在使用3D打印技術來滿足各種需求。2021年1月，得益于WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）增材制造工藝，NavalGroup已經(jīng)3D打印了螺旋槳。

該螺旋槳由五個200公斤的葉片組成，然后被安裝在仙女座號上，這是一艘探雷艦。該項目背后的團隊解釋說，通過使用3D打印技術，他們大大減少了施工時間并最大限度地減少了使用材料的數(shù)量。

【7】西班牙空軍通過 3D 打印升級其流程

增材制造能夠幫助零部件實現(xiàn)高硬度、高強度和其他優(yōu)異的特性。通過內(nèi)部纖維增強，研究人員已經(jīng)開發(fā)出各種工具和終端零件，能夠經(jīng)受住在部件受力非常大的情況下所要求的苛刻性能條件，而且不會有任何誤差。

在馬德里，西班牙空軍直升機車間負責人表示，如今他們正在嘗試通過增材制造來制造每個零件，并避免使用傳統(tǒng)制造。這這些部件就包括用于直升機起落架的泄漏控制測量工具或用于直升機主旋翼的定制鑰匙。

【8】通用萊迪思和它為美國陸軍設計的頭盔

3D設計軟件公司GeneralLattice和美國陸軍簽署了一項合同，通過3D打印和先進的網(wǎng)格幾何形狀提高陸軍作戰(zhàn)頭盔的沖擊吸收能力。

對于這個項目，該公司開發(fā)了一套預測建模工具來設計和生成頭盔材料。為了提高士兵在戰(zhàn)場上的保護以及頭部撞擊后的生存可能性，3D打印材料將在現(xiàn)實環(huán)境中進行測試，以驗證發(fā)展指揮士兵中心的性能要求。

【9】作戰(zhàn)裝甲車輛中的備件

澳大利亞陸軍通過使用SPEE3D開發(fā)的冷噴涂3D打印解決方案，來為其一輛裝甲車設計十幾個備件。這些部件已經(jīng)通過了多次野外使用測試和認證，提高了澳大利亞陸軍的敏捷性。例如，打印的組件包括僅用29分鐘制作的車輪輪罩，總成本為100澳元。

本案例中使用的機器是WarpSPEE3D，其打印體積為1000 x 700毫米，速度為每分鐘1公斤。通過引進增材制造技術，軍隊能夠減少裝甲車輛的停機時間，從而更好地應對緊急情況。

【10】美國海軍和增材制造

多年來，美國海軍一直在進行多個增材制造項目。目標是提高在大洋中執(zhí)行任務的團隊的敏捷性和效率，尤其是在制造備件方面。這就是海軍研究生院 (NPS) 投資施樂ElemX金屬機器的原因，他們用這款設備來設計潛艇和船只的備件以及工具，這允許施樂公司能夠擁有更短的供應鏈并制造定制組件。

NPS并不是唯一一家在海事領域推出3D打印項目的公司。事實上，MatterHackers公司已與美國海軍簽署了一份為期5年的合同，以提供其所需的所有3D設備，以及培訓課程和維護。

【11】未來能源項目

來自英國的未來能源項目在研究、爆炸物測試、新型能量學制造、爆炸建模、化學合成、熱表征和危險測試等領域開展工作。該項目的目標是創(chuàng)造新的含能材料和診斷方法來驗證新材料。增材制造將用于開發(fā)新的炸藥配方，這為潛在用戶提供了許多好處，包括降低存儲和運輸成本以及提高性能。

費用可以根據(jù)要求精確定制，并以新穎復雜的設計制造，這在以前是不可想象的。制造過程使用LabRAM共振聲學混合器，它使用聲能而不是物理刀片來混合材料，使過程更安全。

【12】Astro America開發(fā)3D打印戰(zhàn)車車體

應用科學與技術研究組織，也稱為ASTRO America，已被美國陸軍選中用于無接縫船體項目。該計劃由美國國防部受益的制造創(chuàng)新研究所支持，是使用3D打印開發(fā)和交付戰(zhàn)車船體工具的努力的一部分。他們希望減少制造時間并降低生產(chǎn)成本，同時減輕車輛的重量并提高其性能和生存能力。

【13】3D打印軍營

3D建筑公司ICON以從事涉及軍事的項目而聞名。為此，這家總部位于奧斯汀的公司與德克薩斯軍事部、Logan Architecture 和 Fort Structures合作創(chuàng)建了北美最大的3D打印結(jié)構：位于德克薩斯州巴斯特羅普的斯威夫特營地訓練中心的訓練營。

使用ICON的 Vulcan建筑系統(tǒng)，這是一種平板電腦操作的機器人打印機，可以使用水泥基材料，公司和軍方的合作成功地建造了第一個3D打印的軍營供士兵居住。最終的建筑包括一個3,800平方英尺的建筑，可容納多達72名士兵或飛行員，并為他們的下一個任務做準備。

【14】3D打印潛艇船體

多年來，國防部門在許多領域找到了應用3D打印的方法——在地面、空中和海上。事實上，美軍的這個最新項目是在探索3D打印的一個相對未知的區(qū)域：海底。在2017年月，橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 與美國海軍的顛覆性技術實驗室合作進行這項新的嘗試，幫助制造了軍事史上第一個3D打印潛艇船體。

通過使用ORNL的FDM大面積增材制造 (BAAM) 技術，團隊生產(chǎn)了一個30英尺的概念船體，具有6個碳纖維復合材料部分，與使用傳統(tǒng)制造方法相比，它的生產(chǎn)速度更快、成本更低。盡管仍在測試中，但有跡象表明未來很快會有更多的3D打印潛艇潛入海洋。

【15】緬因大學為美國海軍陸戰(zhàn)隊開發(fā)后勤支援船

今年3月，緬因大學（UMaine）在其位于奧羅諾的先進結(jié)構和復合材料中心3D打印了兩艘新的大型船只，其中一艘據(jù)說是有史以來最大的增材制造船只。據(jù)了解，這兩艘原型船是為美國海軍陸戰(zhàn)隊開發(fā)的，被設計為后勤支援船，并將進行測試，供武裝部隊實地使用。

其中較大的一艘可以裝載兩個20英尺的運輸集裝箱，而另一艘可以運送整個步槍班的食物、水和其他物資，為期三天。這兩艘新船都是基于聚合物的纖維增強復合材料的多材料混合物3D打印的。根據(jù)UMaine的說法，它能夠在短短一個月內(nèi)制造和組裝其中一艘船。如果使用傳統(tǒng)的制造方法，這一過程將會長達一年。

審核編輯 ：李倩