3D打印技术在武器装备维修中的应用研究

3D打印技术在飞机维修上的应用作者：罗健来源：《科学与财富》2018年第30期摘要：伴随着我国经济水平的提高，飞机的使用越来越广泛，进而使飞机制造业与维修领域迎来了一个新的发展阶段。

为了进一步提升飞机制造业和维修领域的服务质量，飞机维修行业中引进了3D打印技术，这样一来，飞机制造与维修领域的发展可以更加持续、稳定。

为了使消费者更加满意现代飞机制造与维修领域的服务，飞机制造企业不断地应用3D打印技术，使3D打印技术在飞机制造行业中的应用越来越成熟。

关键词：3D打印；飞机维修；应用；前景引言近些年来，3D打印技术作为一种全新的加工技术，在全世界范围内得到了快速的发展，使传统的生产加工方式发生了极大的改变，特別是在飞机、汽车等领域，3D打印技术的应用显著提高了这些行业的发展水平。

但因为3D打印技术在我国飞机维修与制造领域尚处于初级发展阶段，所以一些企业对该技术的应用还存在不到位的情况，需要相关行业对应用中的问题进行优化并有效解决。

1简述3D打印技术3D打印技术又被称为增材制造技术，它是根据离散/堆积原理利用材料积累的方式来对零部件进行制造的一种加工技术，3D打印技术相比于传统的制造技术来说，它能够借助于计算机来构建出零件的3D模型，并将这些3D模型进行拆分，使其成为具有一定厚度的若干薄片，并通过自下而上的方式来将这些薄片进行叠加成形，以此制作成与3D模型一模一样的三维实体零件。

3D打印技术能够有效满足一些加工起来非常复杂的零件制造，并且加工速度非常快速，从而极大减少了零件的制造周期。

3D打印技术依据其制作材料与加工方法共分为七类，分别是光固化立体成形、电子束选区熔化成形、金属激光熔融沉积成形、熔融沉积成型、分层实体制造成形、电子束熔丝沉积成形与电子束选区熔化成形。

2飞机维修领域内3D打印技术的应用优势2.1减轻飞机零件的重量在航空航天领域中，飞机和飞船是由数量众多的零部件组装而成的，而这些零部件如果重量较大，就会大大增加飞机和飞船的油耗量，这不利于节能效果的实现，并且还会使飞机与飞船的载重量大幅度下降。

研究开发研发面向战场恶劣环境，便于小分队大纵深作战要求的模块化、移动式3D打印维修装备及其关键技术。

实现在战场环境下快速获得待维修的零件的3D模型及加工信息，基于3D打印技术快速制造或修复金属、塑料及橡胶材质，满足应急使用要求的零件。

查阅3D打印的军事需求及军事上的相关国内外研究现状1）军事需求2012年底，美国《外交政策》杂志网站刊登的题为《今日未来武器——2013 年值得关注的五种武器》的文章中，3D 打印武器排在榜首。

可以设想，作为先进制造技术之一，3D 打印技术所具有的数字化、智能化、个性化、定制化的核心理念，必将引发一场划时代的军事技术革命和作战方式变革：a) 武器装备的研制与快速维护。

3D打印机可以进行创意验证和模具制作，或者直接打印特殊、复杂的配件以制造出复杂的武器装备。

目前3D打印机已经可以“打印”出AR-15冲锋枪，未来也许实现小到枪支弹药，大到军舰、飞机、坦克，都可以用3D打印机直接快速制造出来，因此战时可快速补充作战消耗。

另外，在恶劣的战场环境中，无论武器装备处于任何位置，一旦需要更换损毁的零部件，技术保障人员可随时随地启动携带的3D 打印机，利用电脑中储存的数字图像，通过3D打印技术快速把所需的配件打印出来，再进行简单的加工装配到武器装备上，就可完成对武器装备的修复，让武器重新投入战场，这将大大减轻后方生产和后勤保障的压力。

b) 制造伪装防护器材。

在战场上，随时需要隐蔽、保护己方和欺骗、迷惑敌方。

对于遮障、假目标、植被、蒙皮和伪装网等伪装防护器材，要求其外貌、尺寸、色泽、辐射尽量与周边背景一致，并要求其重量尽可能轻，便于布设。

3D打印能在现场根据需要以及目标的个性化特征，快速制作完成伪装防护器材，从而使伪装后的目标更好地隐蔽起来。

c) 制作医疗部件和救助用具。

3D打印能在现场打印战地医疗所需的物品，比如为骨折的伤员打印支架、夹板和固定物等，为眼伤的伤员打印特殊眼镜或眼罩，为脚伤的伤员打印专用鞋子，为关节受损的伤员打印关节，为截肢的伤员打印或修复假肢，等等。

3D打印（3D Printing）是增材制造(Additive Manufacturing)的主要实现方式，其原理与传统打印机类似，只不过其打印消耗材料不是墨粉，而是需要根据产品的不同，选用多种高技术的新材料和不同类型的“打印头”来快速“打印”出最终产品或零部件。

3D打印技术是典型的军民两用技术，其应用领域十分广泛，包括：航空航天、武器装备、工业设计与制造、模具、医疗以及时装、电影、建筑、创意设计等多个不同的行业。

近年来，3D打印在航空航天等军工领域的应用发展十分迅速，成为制造技术的热点，并受到广泛关注和重视。

2012年3月，为重振美国经济和美国制造，美国总统奥巴马提出建设全美制造业创新网络计划，并在国情咨文演讲中强调了3D打印技术的重要性，赋予其制造业复兴的重任。

美国《时代周刊》将3D打印产业列为“2012年美国十大增长最快的工业”。

美国国防部和商务部共同组建了国家3D打印创新机构，大力促进该项技术的研发及其在武器装备的快速设计制造和维修中的应用。

在我国，国家科技部于2013年公布《国家高技术研究发展计划（863计划）》和《国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》中，备受关注的3D 打印产业首次入选；工信部发布的《信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018年）》中，也包含了3D打印技术内容。

这充分显示了国家层面的重视程度。

根据技术成熟度及发展情况预测，未来2～5年3D 打印技术将到达生产力成熟期，并在军工制造领域得到广泛的应用。

一、3D打印技术的特点与原理3D打印技术的本质，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合的材料，通过逐层堆积融合的方式来构造物体。

其过程是从CAD三维模型生成的STL文件（立体光刻文件格式）中读取每一层数据，作为打印成型过程中的一个步骤，CAM系统根据所使用的材料、成型路径和制造参数通过3D打印头执行制造过程。

3D打印技术推动了制造业，至少是零部件制造业的变革，是对传统制造工艺的一种全新补充和完善。

2019年3期应用科技科技创新与应用Technology Innovation and Application3D 打印技术在武警车辆应急维修中的应用周训国1，晁国胜2，刘华1（1.武警后勤学院，天津300309；2.武警河南省总队保障部运输投送处，河南郑州450000）进入21世纪以来，3D 打印技术快速发展，技术不断突破、性能持续提升，初步具备了工业化制造能力，已在航空航天、汽车工业、医疗卫生、消费品及军工生产等领域得到了广泛应用。

将3D 打印技术应用于武警部队车辆应急维修，以其制造零件种类广、加工成形速度快、技术操作要求低等优点，可实现车辆零部件的快速按需制造和维修，解决部队车辆应急维修保障任务繁重、方式单一、能力不足等现实矛盾，满足部队即需即造即用的需求，提高部队车辆应急维修效率和技术保障能力。

13D 打印技术的主要特点3D 打印作为一种增材制造技术，无需任何模具和机械加工即可完成制造，完全革新了传统等材制造和减材制造技术。

该技术不受零部件内部结构和种类的限制，具有很强的定制再造、快速制造和普遍适应能力。

1.13D 打印的定制再造能力3D 打印技术具备不同零部件的定制再造能力，能显著缓解车辆应急维修的多样性、复杂性。

由于3D 打印技术不受零部件产品种类的限制，一套3D 打印设备，可以成形制造多种类型的零部件，能够根据车辆损伤情况，成形制造出不同的车辆零部件，及时完成受损车辆的应急维修，恢复其作战性能。

美军早在2012年和2013年先后两次将3D 打印远征移动实验室部署到站场，用于维修各种受损装备，增强美军的作战能力[1-2]。

1.23D 打印的快速制造能力3D 打印技术具备急缺零部件的快速制造能力，能有效提高车辆应急维修的精确性、时效性。

3D 打印设备可以及时按需成形制造出未携带的车辆备件或维修工具，提高应急维修效率。

陆军军事交通学院模拟野战环境，利用3D 打印设备，仅用半小时就成功打印了车辆的低压油管，经过长时间的运行，该3D 打印油管没有发生任何问题[3]。

2023年公务员（国考）之行政职业能力测验高分通关题型题库附解析答案单选题（共40题）1、某餐厅设有可坐12人和可坐10人两种规格的餐桌共28张，最多可容纳332人同时就餐，问该餐厅有几张10人桌？（）A.2B.4C.6D.8【答案】 A2、某连锁企业在10个城市共有100家专卖店，每个城市的专卖店数量都不同。

如果专卖店数量排名第5多的城市有12家专卖店，那么专卖店数量排名最后的城市，最多有几家专卖店？（）A.2B.3C.4D.5【答案】 C3、下列各句中，加点的成语使用正确的一句是( )。

A.B.C.D.4、世界大河中，与长江流向大致相同的是（）。

A.尼罗河B.印度河C.亚马逊河D.伏尔加河【答案】 C5、这段时间，全中国人民和全世界有识之士都看了一场闹剧。

闹剧的内容，是美西方一些人自编自导自演的一连串涉疆谎言。

看着他们卖力却拙劣的表演，许多中国网友________的想到了一句网络流行语，“我的内心毫无波动，甚至有点想笑”。

4月9日，在第七场涉疆问题新闻发布会上，新疆维吾尔自治区相关负责人用大量调查和数据证明，美西方反华势力炮制的所谓涉疆“数据库”，是________的“造假库”“谣言库”“伪证库”。

A.不谋而合名副其实B.不约而同彻头彻尾C.殊途同归不折不扣D.不分畛域毋庸置疑【答案】 B6、下列有关三皇五帝的说法中正确的是：A.三皇之一的伏羲创造了八卦B.五帝中的轩辕指的是炎帝C.颛顼被尊为中华“人文初祖”D.涿鹿之战与尧有关7、近年来，3D打印技术开始应用于食品、建筑、医疗卫生、航空航天等多个领域。

随着3D打印技术在金属零部件制造上取得较大进展，各国开始探讨其在武器装备制造与维修中的应用。

研究表明，3D打印对军用武器及设施维修效果显著，能直接在战场上把需要的零部件“打印”出来，及时、精准完成受损装备的维修，快速恢复其作战能力。

然而，这种方式制造的军用装备有着不可避免的缺陷，对装备材料要求极高的军用设备来说，除了尺寸受限，其强度和质量也令人担忧。

3D 打印的应用feigeoer目前3D 打印的应用十分广泛，这里选取与3D 打印关系最为紧密的几个领域（医学，航空航天，军事，建筑，文物保护，艺术与交叉应用）进行介绍。

1 医学医学模型在基础科学与临床试验教学中的用途十分广泛，传统方法制造的模型多为石膏，制作周期长且易损坏。

3D 打印制作的医学教学用具与医疗实验模型不仅解决了上述问题，还可以根据实际情况，针对特殊患者，快速进行个性化的模型制造。

人体组织器官再生与活体细胞培养是医学上的难题，3D 打印为这一难题提供了新的解决路径。

目前已有成功打印无排异反应血管的案例；科学研究人员制造出能模仿生物细胞特性的水滴，他们把这些水滴通过3D 打印组装成凝胶状物质，这种物质既能像神经细胞束一样传输电信号，又能像肌肉组织那样弯曲，给修复和缓解器官衰竭带来了新的思路。

3D 打印可以打印特定的细胞，真实模拟人体对药物的反应，对于药物研发测试有极大的促进作用。

利用3D 打印技术制作出的植入物与人体相性更好，解放军第四军医大学第一附属医院3D 打印的钛合金肩胛骨假体和锁骨假体临床应用为全球首例，骨盆假体临床应用为亚洲首例，北京大学第三医院骨科应用3D 打印技术人工定制的枢椎椎体，为世界首例。

2 航空航天3D 打印在航空航天领域的优势主要体现在异型复杂结构制造、小批量短周期低成本制造、新材料新结构研制。

航空航天领域的金属材料加工要兼顾高强度、高性能、高柔韧性，3D 打印制造可以兼顾尺寸与精细程度，弥补传统制造工艺的不足；飞行器上的部件出现结构问题时，3D 打印的高制造柔性也可以迅速解决问题，弥补了铸造、钣金及焊接工艺的不足；传统制造方法难以成形的复杂结构与复合材料结构，3D 打印技术可以一次整体成型。

这三方面的优势不仅能够缩短研制周期、降低成本，而且由于零部件的连接工序减少还会大大提高整体的强度和刚度，延长飞行器的使用寿命。

3D 打印在航空航天领域的应用主要集中在3 个方面：产品外形验证、直接产品制造、精密熔模铸造。

前言因3D打印技术可以根据患者需求进行个性化的结构构建，在精准医学领域受到额外关注。

3D打印技术经过几十年的高速发展，取得了巨大的进步，在组织修复领域扮演着越来越重要的角色。

可打印材料是3D打印技术取得成功的一大因素，特别是高端3D打印生物材料对产品的性能起着决定性作用。

如将具有生物活性的可降解材料通过3D打印成多孔支架，可以引导组织器官再生修复，当组织器官完全修复后，支架可以在体内降解，最终通过代谢排出体外。

本文重点介绍了3D打印用生物材料及其在组织修复领域的应用。

熔融沉积成型3D打印技术熔融沉积成型3D打印技术主要用于热塑性聚合物的增材制造，将熔融态的聚合物挤压到打印平台上成型。

如图所示，聚合物线卷在滚轴的带动下被送入打印头，打印头通过预设的温度加热到聚合物熔点，随着聚合物的熔融，聚合物黏度减小，流动性增强，最后通过打印头中间的小孔被挤到打印平台上。

由于环境温度降低，熔融的聚合物机械强度得到恢复，在打印平台上固化成型。

打印头可以在x，y 轴平面移动，当第一层打印完成后，打印头沿着z轴方向移动一层的距离，接着进行第二层打印，如此反复直到打印完成。

熔融沉积成型3D打印技术的线卷一般为1.75mm和2.85mm这两个标准尺寸，市面上可以买到各种聚合物的打印材料。

熔融沉积成型3D打印技术的分辨率主要由打印头的精度决定，x和y平面内的分辨率通常可以达到百微米级，z轴方向的分辨率可达10μm。

该3D打印技术具有打印方便、快捷的优点，主要不足是对某些悬空结构无法直接打印，需要借助支撑材料（牺牲材料）才能实现，最后通过将支撑材料除去得到想要的三维结构喷墨3D打印技术喷墨3D打印技术采用“喷墨”进行3D打印，类似于普通打印机原理，将喷嘴处的小液滴通过施加动力喷到打印平台上。

喷墨3D打印技术使用的材料为生物墨水，具有流动性，在压力的作用下将液滴喷射出来。

相对熔融沉积成型3D打印技术，喷墨3D打印技术工作条件相对温和，可以进行活细胞打印。

国外3D打印技术应用现状及启示内容提要：3D打印技术在各领域的迅速渗透，引起了国外的高度关注与重点发展，美国更是将其视为未来重要装备材料的制造技术。

本文分析国外在配件维修中应用3D打印技术的新理念、新技术以及应急维修方法，依此启发对我们保障机制的探索。

关键词：3D打印后勤保障维修管理一、国外在配件维修中应用3D打印技术现状（一）美国3D打印技术应用2020年初，美保障中心与Optomec公司签订了对F-15和F-16飞机发动机部件的增材制造维修合同，旨在帮助F-15和F-16飞机上钦和镍基高温合金制造的涡轮叶片的修复，这次合作不仅节约了维护成本，还保证了飞机得到批量维修。

2020年9月，授予奥托梅克公司价值100万美元的3D打印技术合间，旨在生产一型大容量3D打印机，用于修理涡轮发动机部件，包括铁合金部件，奥托梅克公司表示将开展一系列后续合作，以进一步优化飞机维修的工艺参数。

2021年1月，美国防部发布首个综合性增材制造战略报告《国防部增材制造战略》，介绍了制定增材制造战略的目的，明确了增材制造的未来发展愿景、战略目标及发展重点。

2021年2月，拜登总统签署了一项关于美国供应链的行政命令，要求加强3D打印技术的发展，以提高美国关键供应链的弹性和可靠性。

（二）俄国3D打印技术应用俄罗斯武装力量的装备维修保障是一个独立的保障系统，采取统分结合的体制，其中航空维修的主要任务是组织和实施航空兵作战和战斗准备的航空工程保障，中心工作内容是航空装备的使用与维修。

2021年4月，俄罗斯RusAT开发并制造出了金属3D打印激光器，为武器的3D打印提供支撑。

2021年11月，俄罗斯技术集团下属的3D打印技术中心已开始用连续纤维3D打印技术批量制造MS-21飞机的PD-14发动机部件，该3D打印技术中心拥有41台3D打印设备，能够打印450种航空零部件。

2022年6月，在俄乌战争中，发现有用3D打印的无人机迫击炮弹，外壳都是3D打印的。

智能制造与设计今 日 自 动 化Intelligent manufacturing and DesignAutomation Today28 ｜ 2020.9 今日自动化2020年第9期2020 No.9当前环境下，国际社会的竞争愈演愈烈，各国间的竞争归根到底就是科技的竞争，谁能够掌握先进的科学技术，谁就能够掌握主动权。

3D 打印技术，在近年来受到各行各业的广泛推广，发展速度迅猛，一方面为工业的发展注射了活力，一方面给人们的生活增添了乐趣。

3D 打印技术在航空装备中的应用，为航空事业的发展，带来了巨大的推动作用，提高了其工作效率，同时还解决了很多精密仪器的生产困难的难题。

本文主要探讨3D 打印技术应用于航空装备维修中，分别从破损零部件的生产、后勤部门的供应链、强化零部件结构、特殊零件的生产这四点展开论述。

1 破损零部件的生产3D 打印技术的特点就是高效、快速、工作强度大、工作能力强，可以制造出人工和传统机械设备无法制造出来的零部件[1]。

航空工业对于设备和零部件的精度都有着极其严格的要求，是一个知识密集型产业，每一个精密仪器的研发都要付诸很长的时间和精力，所以航空装备制造一直是国家的重点保护领域。

未来的战争无疑是信息化的，掌握高科技无疑就掌握了主动权。

在航空装备维修中应用3D 打印技术，可以利用其特有的分散性制造的特点，将整个部件拼接、叠加构成所需要的零件，利用远程控制技术、激光技术、材料熔化技术、电子制图技术等，物理加工制造材料，并促使其生成图纸描绘形状，将各部分零件叠加到一起，构成完整的零部件，再通过专业技术工人组装，就可以迅速的运往所需要的场合投入使用。

3D 打印技术在航空工业上面的使用，可以给航空工业的发展带来新的机遇，推动制造维修行业的创新、发展，改变传统航空装备维修方法，提高航空工业的工作效率，降低工人的劳动成本，降低工程难度，提高航空工业的安全性和便捷性。

航空装备的维修要求是非常严格的，对生产制造设备，以及对破损零部件的更换都非常严格，很多零部件由于更新换代的发展，有可能需要更换的零部件不能及时找到替换品，这种情况下就可以使用3D 打印技术针对需要更换的破损零件制造出新的替换零件，不仅提高了维修效率，节约了大量的制造成本，同时还降低了维修成本，推动航空工业的发展。

3D打印技术在工程领域中的运用研究宋国强(武汉城市职业学院，湖北武汉430064)摘要：本文首先阐述了3D打印技术的概念原理及方法步骤，在此基础上提出了3D打印技术在工程领域中一系列的具体应用。

关键词：3D打印技术；工程领域；实际运用13D打印技术的相关概述11从一定意义上来讲,3D打印技术立足于数字模型文件，在具体的制作过程中通过粉末状金属、塑料等相关具有一定粘合性质的材料逐层打印，以此构造出相应的物体。

据调查显示，通过3D打印技术成型原理的差异化特征，我们可以将其分为立体平版印刷技术、熔化沉积技术、分层激光烧结技术、逐层轮廓成型技术以及光掩膜技术5个主要类型％12根据上文我们可以看出，3D打印技术基于现代信息技术的发展背景有针对性地渗透结合了互联网信息技术、图像处理技术、自动化技术、数控技术、仿真技术、材料成型、机电控制等相关技术，在实际应用过程中凸显出一定的数字化、信息化、立体化的特征，同时3D打印技术成本较低，不会对周边环境造成污染，更好地迎合了国家节能环保的目标任务。

相比于传统的打印技术，其整体制作精度较高、周期短，能够充分发挥出其个性特征,使用的材料也具有一定的多样性。

正是由于其上述特征，也被称之为第三次工艺革命。

3D打印技术是从快速成型技术所转变发展形成的，具体而言，快速成型技术我们也称之为RP技术，其利用三维走向叠加的方式实现产品的快速制造。

而在日常生活中较为常见的快速成型技术包括激光束技术、电子束技术、挤出喷嘴式技术、熔融沉积法。

23D打印技术在工程领域中的具体应用2.1农业机械我国著名研究学者裴进灵对3D打印技术在农业机械生产过程中发挥的重要价值进行了深入研究，明确提出在传统的机械研发过程中通常采用方案设计、作者简介：宋国强(1976-),湖北鄂州人，讲师，研究方向：3D 打印技术及应用。

方案确定、技术选择、制作复杂件、农机试验、后期改进等相关的模块，整体较为复杂，对工艺及设计方法要求较高％在这样的背景下，通过有效引入3D打印 技术能够改传的模、$关技术人员也不用过多地思考工艺的科学性、可行性，同时也省去了生产制造活动开展前模具创作这一环节％2.2机械工程3D打印技术在机械工程中也发挥着至关重要的作用。