来源：蓝德信息
作者：李雷
导读：增材制造技术具备独有的快速机动、持续保障和低成本等优势，被美国国防部视为未来战场装备维修和后勤保障等领域的颠覆性技术。前沿部署的增材制造技术能够让海军陆战队在战场上迅速获得备用零件，从而减轻远征部队的后勤负担。
远征移动制造实验室
以美军近年来流行的“实战化练兵”为例，高温高寒等极端气候下，武器装备性能会变得不稳定，装备受损的情况时有发生，经常面临“带来的用不上，用得上的没有带，后方筹措又太慢”等窘况，基于提高后勤保障能力的考量，美国海军陆战队装备和后勤部决定有针对性研发一种装备，能在战时修理和替换军械零件，这就是X-FAB，或称远征制造中心。
X-FAB处于开发阶段已有大约五年了，旨在为海军陆战队提供一种创新性后勤补给方式。当专业的和难以找到的零件不容易获得时，这种独特的能力完全可用于前沿部署。X-FAB是一个独立的、可运输的增材制造实验室，可以与营级海军后勤维护单位一起部署。这个20×20英尺的庇护所可折叠，便于运输，并装有五台3D打印机、一台激光扫描仪、一台激光切割机和一个计算机设计软件系统，使海军陆战队能够在远征环境中制造替换和维修零件。
△美海军陆战队X-FAB实验室
每个X-FAB实验室都配备了两台Lulzbot TAZ Workhorse 3D打印机、两台Markforged X7 3D打印机、一台3D Platform 3000系列打印机、一台Epilog Fusion Pro 32激光切割机和一台Quantum FAROArm S 3D激光扫描仪。XFAB还标配了三台笔记本电脑、两台工作站和一个55英寸的LED电视屏幕。
X-FAB集装箱依靠发电机或岸上电源运行，在选定好部署区域后，4名陆战队员花费2-3个小时就可以搭建好X-FAB，如果将发电机也包含在内的话，总重量约10500磅，还不到5吨，因此无需特种车辆运输，物流车辆系统或商用平板卡车就能装载。而海军陆战队作战时一旦有了X-FAB，就有了基本的应急能力，无须再像以前一样等待至少1星期的时间从大后方运送零件过来，机械师在1天之内就能搞定。不过，3D打印移动加工实验室从名称就能看出来，它并没有替代工厂车间的能力，尤其是在加工坚硬的金属部件时，没有车床、铣床根本想都别想。
2018年7月至9月，美海军陆战队系统指挥部、装备和后勤部在美北卡罗来纳州Lejeune营，对X-FAB的初代原型进行了现场评估。期间，海军陆战队员测试增材打印技术，然后收集机械师和官员对掩体尺寸、布局、软件、打印材料和成品的意见，以继续改进，并尝试部署到舰上。
当整合到海军陆战队远征部队时，X-FAB将通过消除运输大量备件的需求来减少维护营的后勤足迹。
近期案例：战车显示器支架
在海军陆战队最近一次在阿富汗的部署中，他们的一辆战车出了问题。帮助炮手瞄准主炮的屏幕支架在作战中损坏了，使用再多的胶带也无法解决这个问题。如果没有屏幕，车辆的武器系统就无法操作，这严重降低了该部队在遭遇塔利班伏击时的作战效率。
△艾布拉姆斯战车内部
于是陆战队订购了一个新的框架，但是后勤指挥部花了一周的时间来处理订单，美国的公司又花了一周的时间来制作框架，再花一周的时间将框架运送到阿富汗，到了阿富汗后，又花了两周的时间才在前沿作战基地(FOB)收到框架。而那时，部队已经退回了日本重新部署。
随后Cosine公司向陆战队提供了AM1 XL 3D打印机，像该案例中这样的底座，使用这种大型3D打印机进行快速修复，原本需要4-5周才能获得的东西，现在只需一天就能打印出来。
△Cosine公司的AM1工业3D打印机是X-FAB项目的核心
例如，海军陆战队采用增材制造技术生产H-1直升机头盔面罩支架(如图所示)，将生产周期从270天缩短至10天，每个支架的成本从300美元降至0.75美元。
2016年，3D打印公司Cosine Additive就和美国能源部下属的橡树岭国家实验室(ORNL)签订了合作协议，共同致力于高速3D打印大型复合材料部件技术的开发。Cosine已经展示了其在30小时内3D打印33×8×8英寸、8.8磅物体的能力。而ORNL的加入要让AM1在八小时内生产一个尺寸超过30×30×30英寸、重量50磅的部件。
近期案例：狙击手瞄准镜-镜帽
海军陆战队第11远征部队部署了战术制造(TACFAB)3D打印套件，使其能够打印全功能部件以及模具或原型，包括备件、齿轮和设备的典型库存。
△第11海军陆战队远征部队MEU第11战斗后勤营人员(LPD 26)上用Lulzbot TAZ 6 3D打印机打印水壶盖
海军团队使用计算机辅助设计软件，在3D打印机的帮助下制造替换或修复部件。增材制造(AM)的过程是从原材料中制造物品，例如加热并熔化成特定形状的塑料丝线轴，以制造每个部件。增材制造和TACFAB背后的想法是让部队单位自己制造这些项目，并以比通过传统的和更长的供应链更快的速度获得所需的部件，尤其是在海上。
△图注：第11海军陆战队远征部队(MEU)第11战斗后勤营的通信维护主管在圣安东尼奥级两栖运输船坞运输舰默撒号(LPD 26)上进行3D打印
例如，当远征部队一个狙击排需要一堆帽子来保护他们高价高精度步枪的瞄准镜时，后勤就开始使用便携式3D打印机、笔记本电脑和塑料细丝线轴制造精确复制的狙击镜帽，甚至精确到标记和品牌设计。后勤队花了几个小时用绿色原材料制作帽子，然后涂上迷彩，以匹配第11海军陆战队远征部队狙击小组使用的步枪。由于部队部署在海外，制作镜帽所花的时间远远少于从加州彭德尔顿营地的大本营或通过海军陆战队的供应链获得替换帽子所需的时间。虽然帽子不是高价物品，但它们对狙击手的作战有效性至关重要，并确保他们的武器得到保护，并保持最佳的原始状态。
通过TACFAB，设计团队为远征海军陆战队制造了许多小而关键的零件，这些零件经常容易损坏或丢失。其中有：扳机护圈、战斗光学镜的风阻调节罩、水壶盖、由铱星卫星无线电形成SIM卡托盘、GoPro头盔式摄像机的适配器臂、小型激光探测器的安装支架、旋转光纤保持环、PRC-153无线电的侧面检修盖和防风雨密封件、TOW导弹镜头盖、装雷管的容器、步枪战斗光学瞄准镜的蜂窝过滤器。后勤队甚至制作了采购不到的小夹子和一个S形支架，用来固定镜子。
△两栖船坞登陆舰LPD 26和阿利伯克级导弹驱逐舰DDG 92在东太平洋通过
TACFAB产生了巨大的影响，特别是在帮助保持远征海军陆战队的高频使用率设备(如收音机)处于良好工作状态方面。“默撒号”(LPD 26)上的一名海军陆战队员仅用了9分钟就在电源连接器绝缘体组件中创建了一个微小的锁定机制，以修复VRC-110 Sim J27多波段无线电。这个小垫片确保电线不会接触到收音机以致使其无法使用。从美国获得替换该零件可能需要“数周甚至更长时间”，而从原材料中“花费7美分”就可以节省2122.93美元。
打印机能够节省大量时间，避免出现因一个零件影响一场战斗或演习的事故。3D打印能力在整个部署过程中支持了海军陆战队远征部队/两栖戒备大队进行的分布式作战。根据远征部队的概要，默撒号两栖舰上的后勤团队创造了大约30个项目，总花费仅为4851美元，产生令人难以置信的成本效益。
TACFAB系统封装在一个便携式的坚固外壳中，便于前线单位或较小的部署后勤团队移动，以创建最大14英寸乘14英寸大小的项目。它比海军陆战队X-FAB移动远征制造中心里的大型3D打印机更小，海军陆战队可以在这里用各种材料制造更大的组件，包括重型设备项目的金属。
TACFAB印刷受到尺寸的限制。它不会被用于制造承受高应力或需要特定军事规格的部件。但后勤队与“拳师号”两栖舰上的机械和制造车间的水手合作，创建一些组件或为TACFAB无法完成的金属部件制造模具，“拳师号”拥有车床和3D功能来支持两栖部队。随着越来越多的设计团队在使用和设计要构建的项目方面进行了试验并获得更多经验，技术和培训也在不断进步和发展。还需要一些科学知识来计算聚合物的拉伸强度，以确保耐用性。
海军陆战队第26远征军是第一个部署3D打印能力的海上单位。该团队创造的项目包括：用于作战计划人员使用的地形模型的微型飞行器。第31远征军也在那年春天将3D能力投入使用，在其他项目中，为F-35B“闪电”II联合攻击战斗机上的起落架舱门制造了一个缓冲器。
存在的问题
目前该实验室面临的主要技术挑战是将一整套增材制造设备整合到一个可部署的可扩展刚性墙体方舱中。增材制造打印机通常需要在精心设计的温控空间内使用，因为3D打印机对温度、湿度、冲击、振动和电力稳定非常敏感(车载电源会有电压波动，容易受到附近设备的电磁干扰)。如果需要更大的零件，那么就需要更大、更重的打印机，但要整合到钢结构方舱里很难。
小结
美海军陆战队远征部队已经宣布，到2024年将部署21个增材制造远征实验室，用于作战受损装备的修复。通过采用增材制造技术，海军陆战队提高了战备能力，大幅降低了生产成本。(北京蓝德信息科技有限公司 研究员 李雷)
参考资料：
[1] US Marines Mobilize 3D Printing with X-FAB Project. COSINE ADDITIVE.
[2] Marines At Sea Leaning on 3D Print-to-Order Parts to Stay in the Fight - USNI News
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