3D打印标准科技论文格式(2)
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3D打印标准科技论文篇二
浅析3D打印技术在武器装备维修中的应用
学习啦在线学习网 摘 要：3D打印技术出现在20世纪90年代中期，是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置，可以把计算机上的蓝图变成实物，在成本、速度和精确度上都远胜于传统制造技术，是制造领域的一次技术革命。将3D打印技术用于装备维修备件和工具制造领域，将有力推动武器装备维修领域步入的快车道。
学习啦在线学习网 关键词：3D打印技术;武器装备;维修
中图分类号：TP399-CB
近年来，3D打印技术获得迅速发展。特别是2013年5月17日，科迪·威尔森利用3D打印技术根据电脑设计出3D手枪图案，打印出一个与设计图案一模一样的3D手枪，并在德克萨斯州奥斯汀成功试射，受到世界各国高度重视。美国科学家则将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”之一，有的甚至期望3D打印这种神奇的技术能带来“第三次工业革命”。由于其在民用和军用制造领域具有重要的应用潜力，在未来装备维修领域，3D打印技术同样具有广泛的应用前景。可以预见，3D打印技术用于装备维修备件和工具制造领域，将有力推动武器装备维修领域步入的快车道。
1 3D打印技术的基本概念及发展现状
3D打印的技术原理和传统打印的原理基本相同。传统打印是利用打印机把墨水喷涂到平面(纸、布等)上，以形成一副二维图像。而3D打印首先将采集物品的三维数据或将其三维设计图纸转化为一组数据，然后由打印机逐层分切，针对分切的每一层结构，按层次打印。3D打印技术通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来形成三维实体，与传统的去除材料加工技术不同，因此又被称为增材制造技术。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的技术含量。3D打印机是3D打印的核心设备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。目前，3D打印技术已经有十几种不同的成形方法，通常将它们分为两类：第一类是基于激光技术的成形方法。如立体光刻、纸叠层、选择性激光烧结、选择性激光熔化等;第二类是非激光技术的快速成形方法。如熔丝沉积、三维打印、掩膜光固化、冲击微粒制造、实体磨削固化等。在世界各国的大力推动下，3D打印技术逐步走向成熟，在打印材料和打印精度方面都有较大的提高。目前，一般打印精度以达到600dpi的精细分辨率，每层材料的厚度最小可以达到0.1mm，最小特征大小可以做到0.1mm。打印的材料从石料、金属到高分子材料都可以适用。此外，打印的速度也较前有所提高，以较高分辨率打印，每小时打印的垂直高度可以达到1英寸以上。在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。
学习啦在线学习网 2 3D打印技术的特点与应用
3D打印技术目前仍处于初步发展阶段，现阶段在应用上仍面临众多瓶颈和挑战。现有3D打印机造价昂贵、成本高;3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，打印材料有限，而且安全方面也存在一定隐患;精度、速度和效率仍不能达到传统制造的水平，目前3D打印成品的精度还不尽如人意，打印效率还远不能适应大规模生产的需求。随着智能制造的进一步发展成熟，3D打印技术在速度、精度、材料上都将获得改善，成本上也将进一步降低，不久的将来在各个领域有望得到广泛应用。一是可快速制造复杂备件。由于3D打印的过程与零部件的复杂程度无关，是真正的自由制造，这是传统方法无法比拟的。以选择性激光烧结技术为例，不需要预先制作支架，以未烧结的松散粉末作为自然支架，可以成型几乎任意几何形状的零件，对具有复杂内部结构的零件特别有效。这一特点格外适合制造复杂的钛合金结构部件，具有复杂内部冷却通道的航空发动机涡轮叶片，内部材料和结构复杂的坦克装甲等武器关键零部件。这会极大地降低复杂武器装备部件的生产成本。二是适合于单件、小批量零件的生产。这一点对于部署数量较少的小型号武器装备的维修工作具有极高的应用价值。以舰船为例，很多国家的海军部队都部署有少量列装数量少、专用部件多、维修保障难的舰船装备。由于需求量小，很多舰船装备的维修备件无法依托批量生产线来制造，只能采用零散生产部件的方式提供备件，成本高、周期长。而3D打印部件生产成本与生产批量无关，这就大大改善了传统生产方式的问题，对于维修保障少量列装的武器装备具有重要意义。三是生产周期短。从3D设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时，整个生产过程数字化，可随时修正、随时制造，这些特点使其特别适合于提高武器装备部件的可靠性和维修性。过去，武器装备定型后，其可靠性和维修性就固定下来，要改进装备部件设计，引入新技术，提升其可靠性和维修性则十分困难。而3D 打印技术可通修改部件图纸，快速调整装备部件设计，对改进和提高武器装备部件可靠性与维修性有很高的价值。四是材料无浪费。传统的机械加工技术是在原材料坯件基础上进行某种形式的切削、挤压等操作，从而把多余的原料去除，最终加工出所需的部件形状。但是在这个过程中，原材料就会出现损失，而且越是昂贵的合金就越难进行回收利用，提高了生产成本、浪费了宝贵的资源，例如航空航天建设中的部分零配件的生产加工，都要损失大量昂贵的航空钛合金。而3D打印技术不存在材料的浪费，在任何部件生产过程中，所使用的粉末都变成了部件本身，而没有被使用的粉末，依然可以继续使用。这对于降低先进武器装备备件的生产成本具有很高的经济价值。
3 3D打印技术在未来武器装备维修上的应用前景
学习啦在线学习网 随着技术的迅速发展，3D打印的概念已经不仅仅停留在工业设计阶段，而是在越来越多的领域实现了应用，在武器装备维修领域也有良好的应用前景。一是可用于战时装备维修备件快速制造。在战场上应用3D打印技术可为战损装备应急抢修提供一个有效的备件解决方案。战时仅需利用预先携带的装备部件数据，利用3D打印机即可制造应急备件，快速恢复装备战斗能力，能有效缓解备件供应系统的负担。二是可用于战场生产装备维修工具设备。利用3D打印技术，一线维修人员战场可根据预先准备的图纸，现场打印维修所需的维修工具或设备，必要时还可由后方设计人员根据前线维修需求临时设计新的维修工具和设备，再利用前线部署的3D打印机制造定制的维修工具。三是可大幅提升战时维修保障效率。以往做模子都要靠传统机床，如果发现需要修改，工厂里正在批量生产的机床就要停下来，重新制作这一个小小的样品，从工序流程上来说也很耗时间。利用3D打印技术，可实现“一个人就可以是一家工厂”，只要数小时，就可以形成修改后的数据，迅速进行生产，从而将大大提升武器装备维修保障效益。
4 结束语
3D打印之所以能引起全球的高度关注和技术热潮，是因为它确实能制造新的工业革命。3D打印能极大的降低制造业建立工厂的基本要求和投资额度，它能引发新一轮的小型企业兴旺和扩张的潮流，它能在现有垄断化，大规模超大规模化的工业模式下，以现代工业缺乏的创新和灵活的生产机制诞生大量的有竞争力的小型企业，未来制造工业的进入瓶颈将会大幅度降低，很多企业将可以重新将制造从现在的专业分工的OEM状态解放出来，现在全球产品近似化，雷同化，“科技以换壳为本”等现象将会得到终止。
参考文献：
[1]胡迪·利普森，梅尔芭·库曼，赛迪研究院专家组译.3D打印：从想象到现实[J].中信出版社，2013.
作者简介：何岩峰(1975.3-)，男，河南省焦作市人，工程师，本科，研究方向：信息安全、图像处理。
作者单位：中国人民解放军71426部队，河南焦作 454000
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