3D打印標準科技論文格式(2)
3D打印標準科技論文格式
3D打印標準科技論文篇二
淺析3D打印技術(shù)在武器裝備維修中的應用
摘 要：3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀90年代中期，是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置，可以把計算機上的藍圖變成實物，在成本、速度和精確度上都遠勝于傳統(tǒng)制造技術(shù)，是制造領(lǐng)域的一次技術(shù)革命。將3D打印技術(shù)用于裝備維修備件和工具制造領(lǐng)域，將有力推動武器裝備維修領(lǐng)域步入的快車道。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);武器裝備;維修
中圖分類號：TP399-CB
近年來，3D打印技術(shù)獲得迅速發(fā)展。特別是2013年5月17日，科迪·威爾森利用3D打印技術(shù)根據(jù)電腦設(shè)計出3D手槍圖案，打印出一個與設(shè)計圖案一模一樣的3D手槍，并在德克薩斯州奧斯汀成功試射，受到世界各國高度重視。美國科學家則將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”之一，有的甚至期望3D打印這種神奇的技術(shù)能帶來“第三次工業(yè)革命”。由于其在民用和軍用制造領(lǐng)域具有重要的應用潛力，在未來裝備維修領(lǐng)域，3D打印技術(shù)同樣具有廣泛的應用前景?？梢灶A見，3D打印技術(shù)用于裝備維修備件和工具制造領(lǐng)域，將有力推動武器裝備維修領(lǐng)域步入的快車道。
1 3D打印技術(shù)的基本概念及發(fā)展現(xiàn)狀
3D打印的技術(shù)原理和傳統(tǒng)打印的原理基本相同。傳統(tǒng)打印是利用打印機把墨水噴涂到平面(紙、布等)上，以形成一副二維圖像。而3D打印首先將采集物品的三維數(shù)據(jù)或?qū)⑵淙S設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為一組數(shù)據(jù)，然后由打印機逐層分切，針對分切的每一層結(jié)構(gòu)，按層次打印。3D打印技術(shù)通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來形成三維實體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又被稱為增材制造技術(shù)。作為一種綜合性應用技術(shù)，3D打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術(shù)知識，具有很高的技術(shù)含量。3D打印機是3D打印的核心設(shè)備，它是集機械、控制及計算機技術(shù)等為一體的復雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)有十幾種不同的成形方法，通常將它們分為兩類：第一類是基于激光技術(shù)的成形方法。如立體光刻、紙疊層、選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光熔化等;第二類是非激光技術(shù)的快速成形方法。如熔絲沉積、三維打印、掩膜光固化、沖擊微粒制造、實體磨削固化等。在世界各國的大力推動下，3D打印技術(shù)逐步走向成熟，在打印材料和打印精度方面都有較大的提高。目前，一般打印精度以達到600dpi的精細分辨率，每層材料的厚度最小可以達到0.1mm，最小特征大小可以做到0.1mm。打印的材料從石料、金屬到高分子材料都可以適用。此外，打印的速度也較前有所提高，以較高分辨率打印，每小時打印的垂直高度可以達到1英寸以上。在歐美發(fā)達國家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復雜而精細的造型。
2 3D打印技術(shù)的特點與應用
3D打印技術(shù)目前仍處于初步發(fā)展階段，現(xiàn)階段在應用上仍面臨眾多瓶頸和挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有3D打印機造價昂貴、成本高;3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，打印材料有限，而且安全方面也存在一定隱患;精度、速度和效率仍不能達到傳統(tǒng)制造的水平，目前3D打印成品的精度還不盡如人意，打印效率還遠不能適應大規(guī)模生產(chǎn)的需求。隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，3D打印技術(shù)在速度、精度、材料上都將獲得改善，成本上也將進一步降低，不久的將來在各個領(lǐng)域有望得到廣泛應用。一是可快速制造復雜備件。由于3D打印的過程與零部件的復雜程度無關(guān)，是真正的自由制造，這是傳統(tǒng)方法無法比擬的。以選擇性激光燒結(jié)技術(shù)為例，不需要預先制作支架，以未燒結(jié)的松散粉末作為自然支架，可以成型幾乎任意幾何形狀的零件，對具有復雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件特別有效。這一特點格外適合制造復雜的鈦合金結(jié)構(gòu)部件，具有復雜內(nèi)部冷卻通道的航空發(fā)動機渦輪葉片，內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)復雜的坦克裝甲等武器關(guān)鍵零部件。這會極大地降低復雜武器裝備部件的生產(chǎn)成本。二是適合于單件、小批量零件的生產(chǎn)。這一點對于部署數(shù)量較少的小型號武器裝備的維修工作具有極高的應用價值。以艦船為例，很多國家的海軍部隊都部署有少量列裝數(shù)量少、專用部件多、維修保障難的艦船裝備。由于需求量小，很多艦船裝備的維修備件無法依托批量生產(chǎn)線來制造，只能采用零散生產(chǎn)部件的方式提供備件，成本高、周期長。而3D打印部件生產(chǎn)成本與生產(chǎn)批量無關(guān)，這就大大改善了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的問題，對于維修保障少量列裝的武器裝備具有重要意義。三是生產(chǎn)周期短。從3D設(shè)計到零件的加工完成只需幾小時到幾十小時，整個生產(chǎn)過程數(shù)字化，可隨時修正、隨時制造，這些特點使其特別適合于提高武器裝備部件的可靠性和維修性。過去，武器裝備定型后，其可靠性和維修性就固定下來，要改進裝備部件設(shè)計，引入新技術(shù)，提升其可靠性和維修性則十分困難。而3D 打印技術(shù)可通修改部件圖紙，快速調(diào)整裝備部件設(shè)計，對改進和提高武器裝備部件可靠性與維修性有很高的價值。四是材料無浪費。傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)是在原材料坯件基礎(chǔ)上進行某種形式的切削、擠壓等操作，從而把多余的原料去除，最終加工出所需的部件形狀。但是在這個過程中，原材料就會出現(xiàn)損失，而且越是昂貴的合金就越難進行回收利用，提高了生產(chǎn)成本、浪費了寶貴的資源，例如航空航天建設(shè)中的部分零配件的生產(chǎn)加工，都要損失大量昂貴的航空鈦合金。而3D打印技術(shù)不存在材料的浪費，在任何部件生產(chǎn)過程中，所使用的粉末都變成了部件本身，而沒有被使用的粉末，依然可以繼續(xù)使用。這對于降低先進武器裝備備件的生產(chǎn)成本具有很高的經(jīng)濟價值。
3 3D打印技術(shù)在未來武器裝備維修上的應用前景
隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，3D打印的概念已經(jīng)不僅僅停留在工業(yè)設(shè)計階段，而是在越來越多的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應用，在武器裝備維修領(lǐng)域也有良好的應用前景。一是可用于戰(zhàn)時裝備維修備件快速制造。在戰(zhàn)場上應用3D打印技術(shù)可為戰(zhàn)損裝備應急搶修提供一個有效的備件解決方案。戰(zhàn)時僅需利用預先攜帶的裝備部件數(shù)據(jù)，利用3D打印機即可制造應急備件，快速恢復裝備戰(zhàn)斗能力，能有效緩解備件供應系統(tǒng)的負擔。二是可用于戰(zhàn)場生產(chǎn)裝備維修工具設(shè)備。利用3D打印技術(shù)，一線維修人員戰(zhàn)場可根據(jù)預先準備的圖紙，現(xiàn)場打印維修所需的維修工具或設(shè)備，必要時還可由后方設(shè)計人員根據(jù)前線維修需求臨時設(shè)計新的維修工具和設(shè)備，再利用前線部署的3D打印機制造定制的維修工具。三是可大幅提升戰(zhàn)時維修保障效率。以往做模子都要靠傳統(tǒng)機床，如果發(fā)現(xiàn)需要修改，工廠里正在批量生產(chǎn)的機床就要停下來，重新制作這一個小小的樣品，從工序流程上來說也很耗時間。利用3D打印技術(shù)，可實現(xiàn)“一個人就可以是一家工廠”，只要數(shù)小時，就可以形成修改后的數(shù)據(jù)，迅速進行生產(chǎn)，從而將大大提升武器裝備維修保障效益。
4 結(jié)束語
3D打印之所以能引起全球的高度關(guān)注和技術(shù)熱潮，是因為它確實能制造新的工業(yè)革命。3D打印能極大的降低制造業(yè)建立工廠的基本要求和投資額度，它能引發(fā)新一輪的小型企業(yè)興旺和擴張的潮流，它能在現(xiàn)有壟斷化，大規(guī)模超大規(guī)?；墓I(yè)模式下，以現(xiàn)代工業(yè)缺乏的創(chuàng)新和靈活的生產(chǎn)機制誕生大量的有競爭力的小型企業(yè)，未來制造工業(yè)的進入瓶頸將會大幅度降低，很多企業(yè)將可以重新將制造從現(xiàn)在的專業(yè)分工的OEM狀態(tài)解放出來，現(xiàn)在全球產(chǎn)品近似化，雷同化，“科技以換殼為本”等現(xiàn)象將會得到終止。
參考文獻：
[1]胡迪·利普森，梅爾芭·庫曼，賽迪研究院專家組譯.3D打?。簭南胂蟮浆F(xiàn)實[J].中信出版社，2013.
作者簡介：何巖峰(1975.3-)，男，河南省焦作市人，工程師，本科，研究方向：信息安全、圖像處理。
作者單位：中國人民解放軍71426部隊，河南焦作 454000
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