今天,我国举行盛大阅兵,纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年。这次阅兵,是以习同志为核心的党中央,团结带领全党全军全国各族人民,全方面推进中国式现代化进入新征程的首次阅兵,是人民军队奋进建军百年的崭新亮相,是伟大抗战精神和伟大民族精神在新时代赓续传承的重要体现,是坚持弘扬正确二战史观、坚决维护战后国际秩序、坚定捍卫国际公平正义的郑重宣示。
军事力量的跃升,本质是科学技术创新的竞赛。从机械化到信息化,从单一装备突破到体系化作战能力生成,每一次军事变革都与前沿技术突破紧密相关。作为近年来快速地发展的高新技术之一,增材制造(3D打印)突破了传统减材制造(切削、铸造等)的几何约束,在航空航天、海洋装备、特种车辆和装备等领域,尤其是在快速原型制造、轻量化设计、复杂结构一体化成型、结构性能提升、特殊场景快速修复等方面展现出无法替代的优势。
此次阅兵中涌现的大批新式装备,不仅让我们耳目一新,也增强了我们的自豪感和安全感。虽因保密要求我们没办法详解其增材制造基因,但我们大家可以从全球军工技术探讨研究的现状出发,一起探寻增材制造技术在军工领域的应用。
增材制造对军工的改变,已从单点突破走向全链覆盖。从装备研发、生产到维修保障,从战场应急到后勤支撑,其应用已渗透至军工体系的每一个环节。
以装甲车为代表的特种车辆,是地面战场的钢铁堡垒。增材制造在此领域的应用,集中于装甲板、车体结构件及配件的优化设计制造。例如,美国陆军地面车辆系统中心(DEVCOM-GVSC)投资研发的全球最大金属3D打印机(构建体积10×6.5×4米),可直接生产与整车尺寸相当的复杂结构件。
对战机而言,机翼肋板、发动机支架、起落架、副油箱架等核心部件,通过增材制造可实现拓扑优化设计——在保证强度的前提下,去除冗余材料,甚至形成仿生结构,大幅度降低重量。
对导弹而言,火箭舱段、发动机等部件的快速研制需求尤为迫切,传统工艺中,型号迭代时的模具修改需耗时数月,而增材制造可直接根据数字模型即打即改,大幅度缩短研发周期。结构异形或内部结构较为复杂的产品,铸造出现缺陷的情况较多,甚至有的缺陷无法探伤,微裂纹可能会在使用中延展开,产生大问题,而采用增材与减材交替复合加工的方法,可以直接完成大型异形复杂结构产品的制备,且减少缺陷、减少变形。
海军舰艇长期面临高盐雾、强腐蚀的严苛环境,其甲板、螺旋桨等部件的耐用性与抗冲击能力至关重要。增材制造技术用于舰船螺旋桨的报道最早可追溯于2017年,该技术可大幅度减少施工时间并最大限度减少材料使用量。
近期国内研究中,北理工刘长猛团队开发的增材制造点阵结构夹芯板,可用于军舰的甲板、防护板,在减重的同时,还能有效吸收震动冲击,大幅度的提高抗震抗爆能力。
传统单兵武器(如)的配件(消音器、握把等)因士兵体型、作战习惯差异,难以实现精准适配。增材制造技术通过匹配士兵身体数据,可快速定制符合人体工程学的武器握把,同时根据任务需求(如隐蔽渗透)打印不同降噪等级的消音器。
英国国防公司在2023年推出全球首款3D打印无人机防御系统,该系统可产生高功率电磁信号,以干扰和破坏无人机的控制指挥链路。通过对无人机的控制和指令频率发起电子冲击,有助于安全捕获这些无人机,迫使它们进入紧急着陆状态。
头盔作为士兵最后一道防线,其防护性能依赖材料与结构的双重优化。2025年1月,防弹头盔解决方案制造商ArmorSource推出了AireSupport Max头盔悬挂系统。该系统采用了增材制造技术,通过优化悬挂结构,提供更佳的贴合度和舒适性,与防弹外壳结合使用,明显提升头盔的防护性能,专为满足军事和执法部门的严苛要求而设计。
增材制造技术可通过拓扑优化设计实现减重,通过一体化成型避免焊接缺陷,而卫星与火箭的轻量化和可靠性必然的联系航天任务成败。天都二号推进分系统采用3D打印铝合金贮箱一体化成型。研发团队攻克多项关键核心技术,实现组件在贮箱上高度集成一体化安装,贮箱内以3D打印流道联通各组件,无需导管连接,大幅度缩短研制周期并减少相关成本。这种高度集成化的推进系统模块设计方案前景广阔,为争取微小卫星批量生产和组网发射任务奠定坚实基础。此次阅兵亦是依托北斗卫星定位系统开展的精准训练。
火造工艺长期受限于安全性与一致性。增材制造技术的引入,将改写这一局面:通过SLA光固化技术,西安现代化学研究所已成功3D打印含RDX(高能炸药)的功能性火药推进剂,其枪口速度超过420m/s(达到致命标准);更重要的是,该技术可实现火炸药成分、密度、燃速的精准调控,配合定量化打印控制方程与材料数据库,未来有望在前线实现按需打印个性化火炸药部件,大幅度的提高战场应变能力。
现代装备生命周期长达数十年,而零部件供应商的停产常导致无件可换的尴尬。增材制造技术通过数字库存模式,将过时零件转化为3D数据模型,按需打印即可。美国陆军的实践颇具代表性:2020年因原供应商停产,陆军急需的舱口塞若要更换需耗时3个月且成本高达1万美元,而3D打印仅用数天便完成该零件两个版本的制造;目前,美国空军、陆军装备司令部已为B-52、C-5M、黑鹰直升机等老旧机型建立数字零件库,以便需要时进行3D打印。
装备退役或技术迭代中,大量老旧装备的图纸可能遗失,而3D扫描+增材制造的组合,可精准还原实物结构。通过三维扫描仪获取物体的几何数据,构建三维模型后直接驱动3D打印机,即可复制出功能一致的部件。这一技术不仅适用于历史装备修复(如老式火炮零件复现),更能助力新型装备研发。
真实战场上,时间就是生命。增材制造的分布式制造特性,使其能贴近前线快速响应。俄乌冲突中,某国3D打印机彻夜运转,次日便为前线输送新型炸弹;塑料地雷因金属含量低,可躲过探测器侦察;FPV无人机因结构相对比较简单,仅需1天就可以完成打印与部署。更关键的是,某国援助了7台由SPEE3D公司生产的WarpSPEE3D金属3D打印机,可在前线快速维修受损装备,将装备维修时间从数周缩短至小时级。
我国军工体系对增材制造的重视已上升至战略层面。中国兵器装备集团、中国航空工业集团、中国航天科工集团等头部军工集团均将增材制造纳入技术发展规划,通过组建专业开发团队、建设增材制造中心、联合高校/科研院所攻关等方式,构建“设计-材料-工艺-装备”一体化能力。
例如,中国兵器工业集团第五二研究所(中国兵器科学研究院宁波分院)丝材打印中心专注于响应兵器及三航飞行器、弹箭类产品需求,不断攻克材料、工艺、装备等方面的关键技术,已实现电弧增材技术在多个型号的小批量生产应用及验证。中国兵器装备集团旗下的,湖南云箭集团(前身为1890年张之洞创办的汉阳兵工厂),已建成面向金属/非金属的300余台套增材制造装备体系,具备从装备研发到批量加工再到后处理与检测的全流程解决方案能力。
这些军工企业的增材实践,正是中国军工体系向增材制造+人机一体化智能系统深层次地融合的缩影。
当阅兵方阵驶过时,我们正真看到的不仅是装备的先进,更是中国军工向科技要战斗力的决心。增材制造技术,从装备性能到后勤保障,从研发周期到战场响应,它不仅是一种技术工具,更是一种制造思维的革新。未来,随着增材制造与AI、数字孪生等技术的深层次地融合,中国军工必将在智造之路上迈出更坚实的步伐。返回搜狐,查看更加多