美海军舰上3D打印技术发展概述

来源：蓝海星

舰上3D打印技术能快速按需制备零部件，将提升海上后勤保障能力，降低海军供应链负担。目前，美海军已完成舰上3D打印技术的可行性验证，并在12艘舰艇上部署了3D打印设备，成功制造出多种聚合物部件，用于卫星通信系统、小型无人机等。

发展背景

舰艇航行期间通常需携带大量备用件，用于及时更换受损零部件。备件的采购一般需花费数月时间，一旦备用件短缺，还会影响相关设备甚至整舰的正常运行。3D打印技术在快速制造、定制特殊部件、降低制造成本等方面表现出显著的优势。为此，美海军自2014年开始设想将3D打印设备安装在舰艇上，快速制造备用件、小型无人机甚至士兵膝盖，提升战备水平。

与岸上制造相比，舰上3D打印要考虑海洋气候环境的特殊性及舰艇航行的影响，对原料安全性、打印设备稳定性、操作规范性等提出了新的要求。首先，3D打印原料需满足船用材料的防火性、烟雾浓度和毒性相关标准规范。此外，为维持打印设备的稳定性，需制定详细的安装手册指导船员正确安装3D打印，同时开发减振设备3D打印，避免因船舶航行影响材料的有序沉积，从而影响打印件的质量可靠性。

为推进舰上3D打印技术的广泛应用，美海军连续发布了多项计划规范，并启动了3D打印相关研究项目。2017年5月，美海军发布“海军3D打印实施计划2.0”，确定了3D打印里程碑节点和演示验证路线图，提出将在2021财年后实现金属部件舰上3D打印。2018年，海上系统司令部发布“3D打印技术使用指南”，提出T9070-AK-DPC-010/078-l规范，对3D打印聚合物原料的防火性、烟雾浓度和毒性等性能给出了明确规定，并制定了舰上3D打印设备安装指南。

目前，美海军已经实现了聚合物零部件的舰上3D打印，正在探索金属零部件的舰上制造。

应用情况

2014年3月，美海军首次在LHD-2“埃塞克斯”号两栖攻击舰上安装了3D打印设备，试制了少量聚合物部件，以验证其在发动机振动、海浪等环境下的运行稳定性。随后，美海军陆续在LHD-1、SSN 774等多型舰艇上安装3D打印设备并进行试验。

图1  舰上组装的小型无人机

2019年开始，海军通过建立舰上“小型制造实验室”（FABLAB）和“先进制造实验室”（AML），部署3D打印设备。目前，包括两栖舰、航母、潜艇在内的12艘舰艇具备了舰上3D打印能力，可在几天时间内快速制造聚合物零件。

图2  CVN-74“斯坦尼斯”号航母上的3D打印机

舰上3D打印技术可减少舰艇部署时携带的备件数量，降低采购成本和采购周期，更好满足随舰保障需求，提升战备水平。