導(dǎo)讀：隨著3D打印技術(shù)能在數(shù)小時(shí)內(nèi)打印出復(fù)雜產(chǎn)品，這對(duì)軍火工業(yè)的改革產(chǎn)生了巨大的影響。2020年，全球軍費(fèi)開支估計(jì)約為1．83萬億美元（約11．86萬億人民幣），而且預(yù)計(jì)這一趨勢(shì)將會(huì)持續(xù)下去。隨著世界各地的國防領(lǐng)域所需彈藥、工具和機(jī)器零件的增加，增材制造是支持這一龐大而復(fù)雜的供應(yīng)鏈的有效途徑。

3D打印槍支、子彈和炸彈

槍支、子彈和大炮是軍隊(duì)武器庫中最基本的元素。2017年，有統(tǒng)計(jì)顯示全球軍隊(duì)中流通的槍支約有1．33億支，另外還有10萬支火炮武器。此外，每年生產(chǎn)大約100億顆子彈。從這個(gè)數(shù)字來看，就算射殺地球上的每個(gè)人，仍有近25億顆子彈備用。為了讓槍支和大炮發(fā)揮作用，需要精確、耐用的結(jié)構(gòu)。因此，槍管、子彈殼和大炮需要完美地校準(zhǔn)到毫米。此外，它們需要高拉伸強(qiáng)度以防止斷裂或裂紋，同時(shí)滿足耐熱性要求。子彈和大炮外殼尤其需要由廉價(jià)、堅(jiān)固的材料制成。

Titomic和Repkon在2021年4月簽署了一項(xiàng)協(xié)議，在澳大利亞建設(shè)3D打印設(shè)施。將Repkon的汽缸制造專業(yè)知識(shí)與Titomic的3D打印技術(shù)結(jié)合，增強(qiáng)澳大利亞國防制造工藝�？偛课挥谕炼�其的Repkon在金屬制造技術(shù)方面擁有近四年的經(jīng)驗(yàn)，例如熱旋壓、流動(dòng)成型和剪切成型，用于生產(chǎn)彈頭、槍管、彈殼和導(dǎo)彈體，以及其他設(shè)備。

Titomic總部位于澳大利亞，以冷噴涂增材制造工藝聞名。這項(xiàng)技術(shù)是與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）共同開發(fā)的，Titomic擁有工藝商業(yè)化的獨(dú)家權(quán)利，可以將鈦或鈦合金顆粒的冷氣動(dòng)態(tài)噴涂應(yīng)用到腳手架上，產(chǎn)生承重結(jié)構(gòu)。TitomicKinetic Fusion （TKF） 使用加壓氣體以超音速將金屬粉末沉積到基材上（既可以是構(gòu)建平臺(tái)，也可以是現(xiàn)有金屬零件）。在這樣的速度下，撞擊時(shí)釋放的高動(dòng)能使金屬顆粒發(fā)生塑性變形并將它們粘合在一個(gè)極其致密的層中。隨著更多金屬粒子的沉積，緊密結(jié)合的金屬零件層將會(huì)形成所需的形狀，幾乎不需要后處理。TKF工藝將材料損失減少了90％，同時(shí)將溫室氣體 （GHG） 排放量減少了60％，并且已在航空航天和國防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如可用于飛行的航空部件和高性能火箭部件。

△TKF是“冷噴涂”增材制造工藝，不使用激光或其他熱源來熔化粉末形狀。所需能量都來自加壓氣體的動(dòng)能。圖片由Titomic提供。

TKF的構(gòu)建速度非�？�，TKF 9000的構(gòu)建速度為每小時(shí)75kg，能夠生產(chǎn)最大體積為 9m x 3m x1．5m 的零件。產(chǎn)品具有高拉伸強(qiáng)度，孔隙率為0．3％。Titomic打印機(jī)使用各種不同的金屬和合金粉末，包括鈦、銅、鋼、鎳、Inconel 718 和Invar 36。

通過TKF，Titomic開發(fā)了融合不同金屬的方法。例如，先打印鈦層，然后在上面打印鎳或鋼等其他金屬層，從而創(chuàng)建一個(gè)多金屬組件，利用所有金屬的優(yōu)點(diǎn)。TKF還可以制造以不同比例混合并在打印過程中融合的異質(zhì)合金。工藝能夠?qū)�聚合物、塑料和陶瓷工具進(jìn)行金屬化處理，提高耐用性，并以具有成本效益的方式及時(shí)賦予零件更多特性。無論是多金屬熔合、異質(zhì)合金還是金屬化，都可以在軍事領(lǐng)域（包括從火炮外殼、槍管到防彈衣和機(jī)器零件）應(yīng)用。

△TKF可以使用不同金屬打印單個(gè)組件。此部件具有純鈦部分、鈦和銅異質(zhì)合金部分以及鎳超合金部分。圖片由Titomic提供。

2020年2月，Titomic與全球國防制造商Composite Tech簽署了2250萬澳元（約1．1億人民幣）的協(xié)議，使用增材制造技術(shù)為北約提供國防產(chǎn)品。作為交易的一部分，將向Composite Tech提供兩臺(tái)TKF打印機(jī)。

冷噴涂工藝的其他軍事應(yīng)用

槍支、子彈和大炮并不是軍方需要的唯一關(guān)鍵裝備。機(jī)器零件、車輛零件、建筑工具和其他設(shè)備等對(duì)軍隊(duì)也至關(guān)重要。因此，停機(jī)時(shí)間、后勤失誤和延遲以及更換或維修成本對(duì)軍隊(duì)來說是一個(gè)嚴(yán)重的損害�？紤]到軍事任務(wù)的時(shí)間敏感性，各個(gè)國防部門已經(jīng)開始探索將戰(zhàn)場和增材制造結(jié)合的可行性。例如，美國海軍已經(jīng)在與xerox合作，在船上3D打印機(jī)器零件，減少停機(jī)時(shí)間并保持高產(chǎn)量。

△美國海軍艦隊(duì)圖表。為龐大的移動(dòng)艦隊(duì)安裝新零件或更換零件不僅花費(fèi)過多，而且還會(huì)浪費(fèi)大量寶貴時(shí)間。圖片由NavalGraphics提供。

另一家澳大利亞增材制造公司SPEE3D，與Titomic一樣，使用氣室以3馬赫（約3675千米／小時(shí)）的速度噴射金屬粉末，使金屬塑性變形為致密層。這種冷噴涂工藝被稱為“Supersonic 3D沉積”，以這種方式打印的所有部件都經(jīng)久耐用且價(jià)格實(shí)惠，每公斤成本在40到100美元（約259到648人民幣）之間。SPEE3D打印機(jī)主要使用銅、不銹鋼、鋁合金和鋁青銅，它們具有眾多軍事應(yīng)用所需的抗拉強(qiáng)度、成本效益和耐腐蝕性。

2020年6月，澳大利亞陸軍與SPEE3D達(dá)成了150萬美元（約972萬人民幣）的合作伙伴關(guān)系，管理3D打印機(jī)WarpSPEE3D的一系列戰(zhàn)場測試。打印機(jī)的構(gòu)建速度為每分鐘100克，可打印重達(dá)40 公斤的物體。兩個(gè)月之后，澳陸軍又在敵對(duì)的北部地區(qū)（NT）重新部署金屬3D打印機(jī)。使用升級(jí)后的機(jī)器，士兵們能夠在高達(dá)37℃的悶熱溫度下3D打印終端使用部件。

2021年4月，SPEE3D還將3D打印技術(shù)與游戲制作相結(jié)合，發(fā)布了端到端金屬制造模擬器SPEE3DCraft。游戲開發(fā)人員將SPEE3D高速金屬3D打印技術(shù)的過程整合到了虛擬應(yīng)用程序中。模擬器中還顯示了使用SPEE3D技術(shù)的真實(shí)位置，包括澳大利亞內(nèi)陸地區(qū)（模擬戰(zhàn)場測試環(huán)境）。

△SPEE3DCraft