【深度好文】3D打印如何變革軍工業(yè)

3D打印技術不僅是軍方下游生產端的一種高效技術手段，更將成為變革軍工業(yè)供應鏈條的重要推動力量。近年來，3D打印成為全球媒體熱詞。由于具備快速、精確、定制化、遠程制造、減少浪費等優(yōu)勢，該項技術被普遍視為全球先進制造業(yè)的發(fā)展趨勢之一。

今年8月，蘭德公司三名研究人員——西蒙?維羅尼歐、杰弗里?托靈頓和雅克布?赫拉夫卡聯名發(fā)表了名為《3D打�。合冗M制造技術帶動供應鏈變革》的調查報告。報告特別指出了3D打印技術在國防、航天、核武器等軍工產業(yè)中的重要作用，認為3D打印技術不僅是軍方下游生產端的一種高效技術手段，更將成為變革軍工業(yè)供應鏈條的重要推動力量。

三大優(yōu)勢

蘭德公司的三位研究人員認為，從車輛、飛機到軍用艦船，3D打印技術帶來的生成式設計理念、多功能部件和新型材料，將顛覆性地改變軍品和民品的生產制造模式乃至運輸方式。具體看來，3D打印技術主要包括增材制造和數控加工兩個主要步驟，與傳統的制造技術相比，其在軍工領域具有突出優(yōu)勢。

增材制造技術可有效減少對原材料的浪費。增材制造又被稱為快速成型技術（Rapid Prototyping)，是基于數字化圖紙設計，采用原材料逐層累加的方法進行產品制造的先進技術。打個比方，傳統的減材制造技術就像做木雕一樣，是通過切削機床給整塊材料做減法，過程中會產生大量的原料浪費。而增材制造技術則更像是一幅沙雕作品，以金屬粉末、顆�；蚪饘俳z材為原材料，逐層堆積累加而成，材料浪費自然大大減少。

同時，與大規(guī)模同質化生產模式不同，增材制造技術通常與數控機床配合使用，這樣就能根據實際需求、以較低的成本對產品細節(jié)進行微調，對于創(chuàng)新產品設計大有助益。例如，美國Harry S. Truman號航空母艦就曾在八個月航期內，用兩臺3D打印機設計并制造出一種能減少漏油的油罐漏斗、一個帶有特殊防護蓋的電燈開關和一個用于加強對講機信號的小型裝置。

此外，3D打印技術對軍事制造業(yè)的變革，不僅體現在創(chuàng)新、升級武器裝備工藝方面，更表現在完善軍需供給方式上。英國《經濟學人》雜志曾在2016年11月發(fā)表文章指出，便攜式3D打印機非常便于運輸，這就像是給作戰(zhàn)部隊配備了一個可以隨時隨地設計制造軍需品的小工廠。綜合來看，3D打印技術比較適合那些對于產品特性或外形有特殊定制需求，且制造地點不便于物流運輸或遠離配送中心的情況，而這些優(yōu)勢恰好可以滿足前方作戰(zhàn)部隊即時打印關鍵部件、“隨打隨用”的需求，并大大省去運輸成本。

相反地，對于那些需求穩(wěn)定、產品類型單一、沒有特殊時限要求、配送鏈條成熟完善的產業(yè)領域而言，3D打印技術的優(yōu)勢則會相應減少。這意味著，傳統制造技術在短期內仍不會被淘汰。

快速普及

當前，3D打印技術已進入向軍用、商用和民用領域快速普及的階段。從發(fā)展軌跡來說，3D打印技術的應用要經歷四個階段：第一階段會有部分領域的極少數企業(yè)出于引領創(chuàng)新的目的率先實踐；第二階段會漸漸邁入工業(yè)化生產的門檻；第三階段會有更多企業(yè)加入到應用新技術的大軍中來；第四階段技術門檻將繼續(xù)降低，直至向普通民眾敞開大門。

蘭德公司的報告認為，截至2016年，3D打印技術已經走過了前兩個發(fā)展階段，正在向軍用、商用和民用領域快速滲透普及。其中，最具代表性的例子是，目前全球各大發(fā)達城市陸續(xù)涌現出一些“微觀制造實驗室”(Fabrication Labrotory，簡稱Fab-lab)。這類實驗室起源于本世紀初的美國，通過采用先進的材料技術、信息技術和3D制造工藝，成為一個可以打印任何產品和工具的迷你型工廠。

各國軍方對此類實驗室寄予厚望。例如，美國海軍陸戰(zhàn)隊就在今年8月宣布，將對一個名為X-FAB的便攜式3D打印實驗室進行技術評估。X-FAB占地面積約為6平方米，擁有4臺3D打印機、1臺掃描儀和若干臺便攜式軍用計算機。有了這類實驗室，軍方以往需花費幾周甚至幾個月訂購才能獲得的零部件，現在只要一天乃至幾個小時就能被打印出來。

除了快速、靈活設計制造的能力外，X-FAB的另一大特點是可隨軍運載。它的總重量僅為4.8噸，可以被“折疊”收納在集裝箱中，由中型卡車隨軍運載。美國海軍陸戰(zhàn)隊的相關負責人表示，4名陸戰(zhàn)隊士兵在2個小時內就能完成X-FAB的架設工作。

產權保護

蘭德公司在報告中選出了當今在3D打印技術領域最為領先的九個國家。無論是在專利總量還是在各類技術的發(fā)展水平上，美國和日本均處于領先地位，不分伯仲。不過，報告認為，中國是3D技術領域的“后起之秀”，整體實力不容小覷。與從1980年代中期就開始發(fā)力的美國不同，中國的大部分技術成果都是在2005年之后逐漸取得突破的。

總體而言，目前中國在3D打印技術領域的發(fā)展存在“偏科”的問題。在冶金和特殊機床領域，研發(fā)力度和實力遠超美、日等國。報告認為，這兩項技術對發(fā)展航空、輕型材料、裝甲產業(yè)至關重要。然而，在表面涂層、視聽、半導體等一批相關專項技術方面，中國與全球技術水平頂尖的國家仍有不小的差距。

報告提出，美、日之所以在3D打印領域技術實力超群，與兩國政企的多年苦心經營和協同合作密不可分。2014年，美國國防分析研究所曾針對全球近4000項增材制造專利進行過一次調查，結果顯示，絕大多數研發(fā)成果都是由各國私營機構獨立完成的，只有少部分獲得過政府相關機構的資助。

但是，私營機構對3D打印技術的熱衷并不能取代政府所扮演的角色。恰恰相反，由于該項技術在國計民生領域的應用潛力巨大，美、日等面臨本國制造業(yè)轉型壓力的大國政府在3D打印技術的早期研發(fā)階段投入巨大。美國國防分析研究所的調查數據也表明，在美國，私營機構的專利總數雖多，但其中最重要的六項基礎性技術——光固化、粉體熔化成型、材料擠制成型、粘結劑噴射、薄片層疊和輪廓工藝，有兩項都直接受到美國國家科學基金會的資助。

蘭德公司的報告還提出，明確知識產權歸屬和設立生產許可門檻，應成為各國政府發(fā)展3D打印技術過程中需特別注意的問題。沒有明確有力的知識產權保護舉措，將挫傷私營機構創(chuàng)新的積極性；不設立一定的生產許可門檻，軍品打印技術的普及將嚴重危害社會安全與秩序。

來源：財經國家周刊
文/瞭望智庫助理研究員 云賀

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