国防科普加油站（19）3D打印，演绎制造新传奇

打印制造，堪比“神笔马良”

打印，这太好理解了，不就是用打印机打印文件么？那么，3D打印有何不同？差别就在于它打印的并非文件，而是实实在在的实物或产品。

3D打印是一种快速成型技术，其打印或制造过程主要分为两个步骤：首先，用3D扫描获取产品的有关数据并输入计算机，采用建模软件创建产品的3D设计图，再逐层刨分成一系列横截面的文件存储下来。然后，由计算机操纵打印机按照横截面逐层打印，叠加堆积并粘结成一个3D实体。

与普通打印机采用喷墨打印不同，3D打印喷出的是粉未状金属、塑料、橡胶、陶瓷、树脂等可粘合的材料，可采用多个喷头逐层打印，最后形成实物或产品，而不是一页页的文件，打印过程即为实物或产品的生产过程。

3D打印技术诞生于1892年，由于受限于材料、方法及工艺质量，发展十分缓慢，直至近年来随着科技的进步才引起人们重视，迅速获得广泛应用。如今，它能打印小到纽扣、螺丝、花瓶、雕像，大到机器、厂房、桥梁、车辆，以及人体器官、人造皮肤和枪炮等武器装备，五花八门，似乎有着无所不能的“神力”，魔幻般的制造能力堪比现代版的“神笔马良”。

3D打印的潜力到底有多大？还有什么它不能制造的东西？人们现在还无法估量，但可以肯定的是，它将继续演绎超乎人们想象的新传奇。

优势很突出，缺点也不少

传统制造一般需要通过铸模、锻造、冲压、切割、车铣、打磨和抛光等加工工序，3D打印则可将上述过程统统省去，也不需专业技术人员、专门场地或制造车间，有着无与伦比的优势。

加工简化，速度惊人。传统制造工序多而烦杂，工作量大，周期长，3D打印不仅工序简化，制造过程更是一气呵成，速度快得惊人。比如，飞机前端的双曲面造型主风挡窗框的生产，即使技术先进的飞机制造公司，用传统制造至少也要花费两年时间，而用3D打印却只需要55天，生产周期缩短了12倍。

工序减少，成本节省。传统制造工艺复杂，每道工序要有熟练工人操作，耗费大量工时不说，原材料浪费十分惊人——飞机制造行业的原材料利用率一般只有10%。比如，美国生产一架F-22战机要用掉2796千克钛合金，而实际只需大约144千克，利用率只有5%。如采用3D打印，材料“按需配给”，原材料利用率可达90%以上，还省去了制模、铸造、组装等复杂的工序，节省大量人力物力，成本降到最低。

无需特殊场地，能实现远程制造。传统制造必须在工厂完成，不同零配件还需不同厂家承担，组装需要特殊场地，产品配送运输又是一个费时费力的过程。3D打印则能依据产品文件随时随地打印，通过网络甚至可以实施远程制造。

善于复杂制造，可按需打印。传统制造对于曲线、凹槽、凸起、镂空等结构复杂的产品，需要高精尖设备和技术，甚至难以完成。3D打印却不存在这个问题，打印一个极其复杂的特殊产品也不比打印一个简单的长方体难，特别适合打印单件或小批量生产，做到随要随打，按需生产，人员也不需要专门培训，能使用计算机就行。

3D打印虽然具有得天独厚的优势，并在很多领域都获得了应用，但其发展却受到诸多因素制约，主要是独立制造技术尚有不足、可选材料较少、产品精度不足，导致打印的产品强度不够、质量不高、种类有限，有些产品虽能满足应急之需，可靠却难以满足实用性要求，不能实现真正意义上的独立制造。未来，3D打印的快速发展与应用，还有待于人工智能和材料技术的突破。

军事应用前景广阔

3D打印尽管受到于相关技术和打印材料的制约，但它作为一种革命性的制造方法，已在军事领域已经展现出广阔的应用前景，成为推进军事变革的新生力量。

研究和制造武器装备。发展先进武器装备，3D打印能进行创意验证和模具制作，或直接打印特殊、复杂的配件或成品。美军将半自动AR-15步枪的三维设计图下载到电脑，通过连接3D打印机，不仅打印出了枪支实体和绝大部分配件，而且还射出了600多发子弹，此外，美国用3D打印制造出小型无人机、流弹发射器和导弹用点火器。韩国军队还打印出了训练用地雷和迫击炮弹。未来，如果金属材料问题得到更好解决和广泛应用，3D打印可以全面用于轻武器制造。

打印战场救助的医疗物品。在野战条件下，医疗与救助远不如平时方便，所需物品难以及时补充，而具有快速制造能力的3D打印，则能现地为骨折伤员打印支架、夹板，为眼伤伤员打印特殊眼镜或眼罩，为脚伤伤员打印专用的鞋子，为关节受损伤员打印关节，为截肢伤员打印假肢，甚至为头骨损伤或缺失伤员打印出头骨。未来，如果能造出与人体相容的材料，还可为伤员打印血管、皮肤和骨骼等。

建造营房和防御工事。军队遂行多样化任务不得不在野外宿营，作战时需要快速构筑掩体或防御工事，材料保障及建造不仅工程量大，制约因素多，质量和防护效果也差强人意。3D打印可以根据任务需求、气候条件和地形地貌特征，随时随地建造。美军就曾用一台混凝土3D打印机，在40小时内打印出了一个46.45平方米的营房。

快速制造伪装防护器材。无论平时或战时，“隐真”“示假”是确保军事设施和军事行动隐蔽、欺骗和迷惑敌方的一项重要措施，部署诸如遮障、假目标、植被、蒙皮和伪装网等伪装防护器材，必须考虑其外貌、尺寸、色泽、辐射以及与周边背景等因素。军队遂行作战任务时，伪装防护器材需求量大，携带不便。而3D打印则可根据作战需要和现地情况，快速制作完成伪装防护器材，使伪装后的目标与周围背景一致，实现“隐真”目的，或者使假目标更加真实，满足“示假”要求。

实现武器装备快速抢修。作战时，武器装备损坏不可避免，快速抢修是恢复战力的重要保障。作战不可能携带大量零配件，更无法预料会损毁哪些零配件，需求对接成为一大难题。有了3D打印，就可按照事先存储在计算机中或远程传输过来的零部件3D设计文件，随时随地打印损毁的零部件，保障人员进行简单加工后既可实现快速抢修，大大减轻了运输和配送负担。据报道，美军曾将集装箱式的两个移动远征实验室部署到阿富汗战区，3D打印机就是其中的重要设备，它能直接利用塑料、钢铁和铝等材料，打印战场所需的零部件和特殊武器装备；未来，美军还计划推广类似的做法，为武器装备快速抢修提供保障，增强军队的持续战力。（作者：王群，来源：国防科技大学“科普中国”共建基地）