3D打印技術在武警車輛應急維修中的應用

周訓國　晁國勝　劉華

摘 要：針對當前武警車輛應急維修需求與保障能力不足的現實矛盾，結合3D打印技術的特點規律，分析了部隊車輛應急維修的現狀問題，提出了開展3D打印車輛應急維修的對策建議，對武警部隊發展3D打印車輛應急維修具有一定借鑒意義。

關鍵詞：3D打印；車輛；應急維修

中圖分類號：TJ81 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0159-03

Abstract： In view of the current contradiction between the demand for emergency maintenance of armed police vehicles and the insufficiency of their support capability， and combined with the characteristics and laws of 3D printing technology， this paper analyzes on the present situation of the emergency maintenance of military vehicles， and puts forward some countermeasures and suggestions for carrying out the emergency maintenance of the vehicles with 3D printing. It has certain reference significance for the armed police force to develop 3D printing vehicle emergency maintenance.

Keywords： 3D printing； vehicle； emergency maintenance

進入21世紀以來，3D打印技術快速發展，技術不斷突破、性能持續提升，初步具備了工業化制造能力，已在航空航天、汽車工業、醫療衛生、消費品及軍工生產等領域得到了廣泛應用。將3D打印技術應用于武警部隊車輛應急維修，以其制造零件種類廣、加工成形速度快、技術操作要求低等優點，可實現車輛零部件的快速按需制造和維修，解決部隊車輛應急維修保障任務繁重、方式單一、能力不足等現實矛盾，滿足部隊即需即造即用的需求，提高部隊車輛應急維修效率和技術保障能力。

1 3D打印技術的主要特點

3D打印作為一種增材制造技術，無需任何模具和機械加工即可完成制造，完全革新了傳統等材制造和減材制造技術。該技術不受零部件內部結構和種類的限制，具有很強的定制再造、快速制造和普遍適應能力。

1.1 3D打印的定制再造能力

3D打印技術具備不同零部件的定制再造能力，能顯著緩解車輛應急維修的多樣性、復雜性。由于3D打印技術不受零部件產品種類的限制，一套3D打印設備，可以成形制造多種類型的零部件，能夠根據車輛損傷情況，成形制造出不同的車輛零部件，及時完成受損車輛的應急維修，恢復其作戰性能。美軍早在2012年和2013年先后兩次將3D打印遠征移動實驗室部署到站場，用于維修各種受損裝備，增強美軍的作戰能力[1-2]。

1.2 3D打印的快速制造能力

3D打印技術具備急缺零部件的快速制造能力，能有效提高車輛應急維修的精確性、時效性。3D打印設備可以及時按需成形制造出未攜帶的車輛備件或維修工具，提高應急維修效率。陸軍軍事交通學院模擬野戰環境，利用3D打印設備，僅用半小時就成功打印了車輛的低壓油管，經過長時間的運行，該3D打印油管沒有發生任何問題[3]。美軍還研發了一種質量輕便、攜帶方便的單兵3D打印機，用于戰場快速制造武器裝備的替換件[4]。

1.3 3D打印的普遍適應能力

3D打印技術具備專業零部件的普遍適應能力，能適度降低車輛應急維修的技術性、專業性。3D打印設備操作比較方便簡捷，簡單易學，打印過程中，無需人員時刻緊盯，只需一鍵啟動，便能成形制造車輛零部件，大大降低車輛技術保障門檻，減少技術保障人員的數量。我軍在“補給行動-2015”演習中，西部戰區后勤部門利用集成在戰場搶修車中的3D打印設備，僅靠兩名操作人員，便成功打印了車輛的聯軸器并現場裝車使用，節省了人力，提高了應急維修效率[5]。

2 部隊車輛應急維修保障現狀

部隊車輛應急維修與平時維修不同，應急維修具有時間緊、任務重、環境多變、情況復雜等特點，這給部隊應急維修保障能力提出了更高要求，當前部隊車輛應急維修保障還存有一些亟待解決的現實矛盾。

2.1 車輛編配種類型號多樣，應急維修任務繁重

一是武警部隊擔負執勤、處突、反恐、搶險救援、海上維權和防衛作戰等多種任務，不同任務需要由不同功能的車輛完成，即使同一任務也需由多種車輛完成，為有效履行使命任務，部隊編配的車輛種類較多；二是隨著科學技術的不斷創新發展，車輛更新換代比較快，不同型號的車輛陸續配發部隊，導致部隊車輛型號逐漸增多，給部隊車輛應急維修保障帶來了很大壓力。

2.2 車輛維修保障方法單一，應急維修時效性差

由于難以準確預測車輛發生損壞的零部件，尤其是突發性、隨機性的車輛故障，當前部隊車輛應急維修保障主要采取“備件備份”的方法預先準備常用的車輛器材，當車輛零部件受損時，進行換件維修。如此不可避免地會導致“保障過量”和“保障不足”兩種問題，“保障過量”會浪費資源，延長準備時間，影響部隊快速機動，“保障不足”的后果是無法及時修復受損車輛，進而影響部隊作戰任務的完成。

2.3 車輛技術保障力量薄弱，應急維修能力不強

一是由于人才成長需要一定周期，部隊編制體制調整改革后，部分修理分隊缺編嚴重，尤其是特種車輛的專業維修人才數量較少，維修技能偏弱，難以滿足當前部隊車輛應急維修保障需求；二是車輛維修器材供應不足，尤其是特種車輛的專業維修工具購買渠道不暢，缺乏專業配套的維修設備和機工具，導致部隊在執行任務過程中，車輛“修不了”“修不好”的現象時有發生。

3 部隊開展3D打印車輛應急維修的對策建議

3.1 做好各項前期準備，確保3D打印應急維修的順利實施

這里所說的各項準備，不是指保障實施前部隊應做的常規準備，而是主要指以下兩個方面：首先，要全面評價車輛故障，建立適于3D打印的車輛備件庫。由于3D打印技術制造成本較高以及打印材料和技術的限制，車輛零部件不全都適于用3D打印設備進行制造。因此，應做好車輛故障評估，建立適于3D打印的車輛備件庫，易于解決的小故障、不影響車輛使用效能的故障以及已攜帶備件的故障等都不適于用3D打印設備，3D打印設備尤其適用于制造價格昂貴較為重要、不易攜帶的易損件以及已經停產或部隊暫時沒有而生產購買周期又較長的零部件。其次，要根據備件庫提前獲取車輛零部件的三維數據模型。零部件的三維數據模型是實現3D打印的基礎和前提，只有提前獲取3D打印零部件三維數據模型，戰時才能及時按需打印。一是利用三維掃描儀掃描零部件，獲取三維數據模型。二是與生產廠家協商，提前獲得零部件的三維數據模型，或與生產廠家簽訂協議，當部隊需要打印零部件時，生產廠家必須及時將零部件的三維數據模型通過保密的途徑傳至有需求的單位。三是根據車輛應急維修保障需求，設計零部件的三維數據模型，甚至創造性地設計便捷的維修工具。

3.2 完善現有保障方式，發揮3D打印應急維修的最大效能

一是提高伴隨保障的應急維修能力。武警部隊常用的保障方式主要有伴隨保障、定點保障及巡回保障三種[6]，其中伴隨保障時效性最好，但維修能力較弱，3D打印技術應用到部隊車輛應急維修保障中，能夠極大地提高伴隨保障效能。將3D打印設備及其原料集成在一個集裝箱或輪式牽引箱內，由專用保障車進行運輸或牽引，跟隨任務部（分）隊一同準備、同時機動、同步展開，實時了解部隊的保障需求，及時修復受損的車輛。二是充分發揮遠程支援保障和社會化保障方式的優勢。將3D打印設備與遠程信息診斷系統相結合，把現場3D打印設備無法打印的零部件的數據信息傳回后方修理分隊，用后方修理分隊的大型3D打印設備進行打印，而后送往前方受損車輛；或將需要打印的車輛零部件相關數據信息傳至地方3D打印公司，依靠地方專業的3D打印設備進行打印；或在部隊執行任務時，組織地方技術人員，使用地方3D打印設備實施伴隨保障，及時修復受損車輛。

3.3 區分不同故障情況，確定3D打印應急維修的最佳方法

當車輛受損時，應按照快捷高效、安全可行的原則，根據車輛零部件的受損情況，合理選擇3D打印應急維修方法，以期在最短時間內快速恢復受損車輛的技術性能。一是原件換件維修。利用3D打印設備快速制造損壞的原件，而后用打印件替換原件。二是原件重構維修。如果打印損壞的原件花費時間較長或沒有原件的三維數據模型而無法打印，但原件可用其他類型的零部件代替，就可以利用3D打印設備快速制造重構件進行替換維修，例如打印塑料管暫時代替金屬管。三是原件修復維修。利用3D打印設備對受損件進行修復，以恢復其全部或部分功能，例如當齒輪的某個齒損壞時，只修復損壞齒而不用打印整個齒輪，能夠有效縮短維修時間，提高維修效率。四是打印維修工具。在車輛應急維修過程中，難免會遇到維修工具準備不足或損壞的情況，此時，就可以利用3D打印設備快速制造或改造維修工具，而后再修復受損的車輛。

3.4 依據維修保障需求，明確3D打印應急維修的發展策略

3D打印技術對車輛應急維修保障是一種顛覆性的創新[7]，結合武警部隊應急維修保障需求，針對存在的矛盾問題，發展3D打印應急維修，第一，要理清部隊發展需求。3D打印對于武警部隊來說是一項新技術，在發展3D打印技術之前要理清3D打印設備配備需求和材料采購需求。不同3D打印技術設備適合制造或修復不同故障類型的車輛零部件，例如，熔融沉積成形（FDM）技術設備適合制造要求不太精密的塑料零部件、選區激光粉末燒結成形（SLS）和選區激光熔融成形（SLM）技術設備適合制造要求精密的金屬零部件、激光近凈成形（LENS）技術設備可以對金屬零部件的表面磨損部位進行修復。根據部隊車輛損壞情況，配備不同技術類型的3D打印設備，再根據技術設備確定材料采購需求。第二，要積極培養和儲備技術人才。武警部隊暫時還沒有涉足3D打印技術行列，對該技術知之甚少，相關人才更是非常緊缺，所以要積極培養和儲備技術人才，為發展3D打印車輛應急維修奠定堅實的人才基礎。部隊院校應增設“3D打印車輛應急維修研究實驗室”，為部隊培養相關技術人才。第三，要大力推進軍民深度融合。國內許多地方公司及科研院所早已開展3D打印技術研究，而且在金屬材料成形制造方面已經達到了國際領先水平[8]，部隊應與相關單位積極合作，利用地方現有資金、人才、技術、設備，有序穩妥推進3D打印技術在武警部隊車輛應急維修中的應用研究。

4 結束語

技術的創新帶來部隊保障方式的變革和保障能力的提升，作為革新傳統制造方式的顛覆性技術，3D打印的技術特點可以很好地解決部隊車輛應急維修保障存在的現實矛盾。武警部隊應積極探索該技術在部隊車輛應急維修方面的應用，不斷提高應急維修能力，創新后勤保障方式，提升部隊戰斗力。

參考文獻：

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[2]蔣立新，易翔翔，邵潔.3D打印技術的發展及在軍工領域的應用[J].中國軍轉民，2013：58-61.

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[4]盧秉恒，李滌塵.增材制造（3D打印）技術發展[J].機械制造與自動化，2013（4）：1-4.

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[6]劉飛.武警運輸勤務[M].北京：國防大學出版社，2015：133.

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[8]王華明.3D打印幫助中國造飛機[N].北京科技報，2013-09-23（052）.