3D 打印如何改变国防工业？

根据 Defense IQ 的一项研究，高达 75% 的行业领导者认为 3D 打印将在未来 10 年内成为国防工业的标准。显然，与其他行业一样，3D 打印正在国防和军事领域发挥作用。增材制造有可能改变国防工业，提供按需 3D 打印替换零件的新方法，同时降低生产成本并实现新的设计工程可能性。

随着我们继续探索增材制造对各个行业的影响，今天我们将看看国防工业如何接受 3D 打印，以及该技术为军事部门提供的机会。我们还将概述更广泛采用该技术所面临的挑战，以及该领域的未来应用。

在军队中使用增材制造

增材制造可以为国防工业开启大量机会，尤其是降低工具和组件的生产成本、额外的设计灵活性和本地化制造。同时，增材制造可以通过生产备件或过时零件来显着增强军事系统的维护。

国防工业是增材制造技术和材料持续发展的主要推动者之一。例如，今年拟议的美国军事预算包括对技术创新的 132 亿美元投资。这包括在国防部内增加对增材制造的支持，这清楚地表明人们对用于国防应用的 3D 打印功能越来越感兴趣。

增材制造在国防领域的主要优势

1.更快的产品开发

增材制造显着加快了设计过程，因为它不需要工具。相比之下，传统制造可能需要数月时间才能生产出必要的工具来创建最终零件和原型。因此，国防工业可以利用该技术绕过昂贵且耗时的工具，从而减少产品开发所需的时间。

2.设计自由

国防工业还可以利用 3D 打印的能力来生产自由形式的优化对象。这意味着使用增材制造可以显着减轻零件的重量，从而节省材料成本和生产时间。利用先进的设计工具，设计工程师可以将一个装配中的零部件数量减少到一个，从而大大简化装配过程。

3.定制设备

3D 打印不仅提供了更多的设计自由，而且还提供了 有机会为特定功能量身定制零件。士兵可以使用 3D 打印系统按需制造零件，而不是携带所有可能配置的零件。例如，美国陆军的研究人员现在可以 3D 打印定制的无人机机身，以满足特定任务的特定需求。因此，可定制的 3D 打印设计对于在军队中实现更高水平的敏捷性和灵活性至关重要。

4.本地化和按需生产

协调后勤和运输是任何军事预算的重要组成部分。对于仅在物流上就花费数十亿美元的行业（例如，美国国防部 DoD 估计 2017 年在物流运营上的花费为 11.94 亿美元），打印定制零件可能会被证明更具成本效益，使用点附近的工具和备件——增材制造提供的解决方案。

这可能意味着偏远地区的士兵也可以利用 3D 打印来发挥他们的优势。这已经在一定程度上得到了测试：早在 2012 年，美国军队就在阿富汗使用增材制造设施打印备件，速度比采购它们快得多。

用于 3D 打印的国防应用

建模、测试单元和原型制作

增材制造是创建快速概念模型和原型的理想解决方案，它广泛用于国防工业，无需昂贵的工具即可快速生产原型。可以更快地完成设计概念以及验证测试，从而缩短产品开发周期。

更换零件、工具和维护

由于军事装备通常要保存和使用多年，因此 国防工业严重依赖备件和更换零件。多年来，外包一直是采购这些零件的最常见方式，成千上万的军事装备更换零件和工具来自外部公司。在这里，增材制造成为一种可行的选择，因为它有助于按需生产具有成本效益且相对快速的零件和工具。美国海军的许多舰船都配备了用于更换零件的 3D 打印机，有助于维护老化的舰队，而无需订购备件或返回港口。

此外，直接能量沉积 (DED) 和电弧增材制造 (WAAM) 等技术已经广泛用于修复功能性军事设备。得益于这些技术，涡轮叶片和其他高端设备的磨损表面可以得到修复和修复。由于更换零件可能很快缺货，因此可以使用 3D 扫描技术对可用零件进行逆向工程，然后可以通过 3D 打印轻松复制。

防御系统的结构组件

第一架搭载 3D 打印部件的战斗机于 2013 年首飞，从那时起，很明显增材制造可以对军事设备终端部件的生产产生重大影响。国防工业目前正在更广泛地研究直接增材制造的能力，因为该技术可以帮助降低生产成本，同时小批量生产复杂的轻质部件。增材制造在这里的应用各不相同，从复杂的支架和小型无人侦察机，到喷气发动机部件和潜艇船体。除此之外，手榴弹发射器等 3D 打印武器已经成为现实，导弹正在开发中。

挑战

质量保证

尽管可以快速且廉价地 3D 打印军用原型，但在终端零件生产中更广泛地实施增材制造仍面临许多挑战。

国防工业的主要关注点之一是质量保证，因为所有部件都必须符合严格的性能要求。在增材制造进一步集成到终端零件的生产中之前，军方必须确保 AM 生产过程的可重复性和准确性。目前，国防工业中还没有针对 3D 打印部件的完全定义的行业标准。建立一套全面的标准来管理 3D 打印过程和验证打印部件的质量至关重要。

然而，美国国防部已经制定了增材制造路线图，该路线图将使军队更广泛地采用该技术。自动化软件对于确保此过程保持透明和可重复并提供全面的生产管理也至关重要。

技能差距

尽管增材制造已在国防工业中使用多年，但与其他行业一样，增材制造技术仍然存在差距。这种技能短缺阻碍了释放 3D 打印军事用途的全部潜力。需要进一步培训增材制造的特殊性、增材制造的设计、维护和供应链管理，以推动增材制造在军队中的更广泛应用。

数字安全

如果军队要使用增材制造进行按需本地化生产，确保数字 CAD 文件的安全性至关重要。这将需要额外的数字安全措施，以确保文件无法从外部访问，并保持数字供应链的安全。

下一步是什么？

由于 3D 打印有可能从根本上改变零件的制造方式 制造和交付，这可能会产生巨大的影响为了军事供应链的未来。未来，他们可以只提供数字 3D CAD 模型，从而创建数字供应链，而不是国防承包商提供备件、结构部件或武器。备件库存也可能减少，从而减少对昂贵的仓库支出的需求。按需制造还可以使生产更靠近战场或需要的地方。利用本地化的 3D 打印设施可以加快零件的交付，降低物流成本。

通过在该领域提供定制的植入物、假肢和医疗工具，增材制造还可以在军事医疗领域发挥关键作用。军方已经是再生医学和生物打印领域的重要投资者，其目标是治疗战场伤害。

国防工业也在研究 3D 打印服装和嵌入式电子产品的可能性。增材制造可以让国防工业生产更便宜、更先进的定制装甲，为士兵提供内置通信、传感器和生物监测系统，在战场上提供更多的灵活性和功能。通过使用喷墨 3D 打印和导电墨水，军事工程师可以将传感器直接打印到武器或衣服上，增加更多功能，同时减少可穿戴传感器的尺寸和重量。未来，传感器甚至可以直接打印在皮肤上。士兵可以在战场上使用这些来捕获太阳能并为小型电子设备充电。

总结

在日益复杂的军事环境中，3D 打印有可能满足关键的国防需求。增材制造提供的快速、本地化和灵活的制造能力使其成为依赖快速创新和技术进步的行业的理想技术。从长远来看，增材制造将使军事系统和设备的制造、维修和维护更加高效，并导致物流和军事供应链发生前所未有的转变。

随着对 3D 打印工艺和材料的开发和认证进行了大量投资，全球军队 3D 打印的未来无疑是光明的。