3D打印技术在武警车辆应急维修中的应用

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　　摘 要：针对当前武警车辆应急维修需求与保障能力不足的现实矛盾，结合3D打印技术的特点规律，分析了部队车辆应急维修的现状问题，提出了开展3D打印车辆应急维修的对策建议，对武警部队发展3D打印车辆应急维修具有一定借鉴意义。
　　关键词：3D打印；车辆；应急维修
　　中图分类号：TJ81 文献标志码：A 文章编号：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
　　进入21世纪以来，3D打印技术快速发展，技术不断突破、性能持续提升，初步具备了工业化制造能力，已在航空航天、汽车工业、医疗卫生、消费品及军工生产等领域得到了广泛应用。将3D打印技术应用于武警部队车辆应急维修，以其制造零件种类广、加工成形速度快、技术操作要求低等优点，可实现车辆零部件的快速按需制造和维修，解决部队车辆应急维修保障任务繁重、方式单一、能力不足等现实矛盾，满足部队即需即造即用的需求，提高部队车辆应急维修效率和技术保障能力。
　　1 3D打印技术的主要特点
　　3D打印作为一种增材制造技术，无需任何模具和机械加工即可完成制造，完全革新了传统等材制造和减材制造技术。该技术不受零部件内部结构和种类的限制，具有很强的定制再造、快速制造和普遍适应能力。
　　1.1 3D打印的定制再造能力
　　3D打印技术具备不同零部件的定制再造能力，能显著缓解车辆应急维修的多样性、复杂性。由于3D打印技术不受零部件产品种类的限制，一套3D打印设备，可以成形制造多种类型的零部件，能够根据车辆损伤情况，成形制造出不同的车辆零部件，及时完成受损车辆的应急维修，恢复其作战性能。美军早在2012年和2013年先后两次将3D打印远征移动实验室部署到站场，用于维修各种受损装备，增强美军的作战能力[1-2]。
　　1.2 3D打印的快速制造能力
　　3D打印技术具备急缺零部件的快速制造能力，能有效提高车辆应急维修的精确性、时效性。3D打印设备可以及时按需成形制造出未携带的车辆备件或维修工具，提高应急维修效率。陆军军事交通学院模拟野战环境，利用3D打印设备，仅用半小时就成功打印了车辆的低压油管，经过长时间的运行，该3D打印油管没有发生任何问题[3]。美军还研发了一种质量轻便、携带方便的单兵3D打印机，用于战场快速制造武器装备的替换件[4]。
　　1.3 3D打印的普遍适应能力
　　3D打印技术具备专业零部件的普遍适应能力，能適度降低车辆应急维修的技术性、专业性。3D打印设备操作比较方便简捷，简单易学，打印过程中，无需人员时刻紧盯，只需一键启动，便能成形制造车辆零部件，大大降低车辆技术保障门槛，减少技术保障人员的数量。我军在“补给行动-2015”演习中，西部战区后勤部门利用集成在战场抢修车中的3D打印设备，仅靠两名操作人员，便成功打印了车辆的联轴器并现场装车使用，节省了人力，提高了应急维修效率[5]。
　　2 部队车辆应急维修保障现状
　　部队车辆应急维修与平时维修不同，应急维修具有时间紧、任务重、环境多变、情况复杂等特点，这给部队应急维修保障能力提出了更高要求，当前部队车辆应急维修保障还存有一些亟待解决的现实矛盾。
　　2.1 车辆编配种类型号多样，应急维修任务繁重
　　一是武警部队担负执勤、处突、反恐、抢险救援、海上维权和防卫作战等多种任务，不同任务需要由不同功能的车辆完成，即使同一任务也需由多种车辆完成，为有效履行使命任务，部队编配的车辆种类较多；二是随着科学技术的不断创新发展，车辆更新换代比较快，不同型号的车辆陆续配发部队，导致部队车辆型号逐渐增多，给部队车辆应急维修保障带来了很大压力。
　　2.2 车辆维修保障方法单一，应急维修时效性差
　　由于难以准确预测车辆发生损坏的零部件，尤其是突发性、随机性的车辆故障，当前部队车辆应急维修保障主要采取“备件备份”的方法预先准备常用的车辆器材，当车辆零部件受损时，进行换件维修。如此不可避免地会导致“保障过量”和“保障不足”两种问题，“保障过量”会浪费资源，延长准备时间，影响部队快速机动，“保障不足”的后果是无法及时修复受损车辆，进而影响部队作战任务的完成。
　　2.3 车辆技术保障力量薄弱，应急维修能力不强
　　一是由于人才成长需要一定周期，部队编制体制调整改革后，部分修理分队缺编严重，尤其是特种车辆的专业维修人才数量较少，维修技能偏弱，难以满足当前部队车辆应急维修保障需求；二是车辆维修器材供应不足，尤其是特种车辆的专业维修工具购买渠道不畅，缺乏专业配套的维修设备和机工具，导致部队在执行任务过程中，车辆“修不了”“修不好”的现象时有发生。 　　3 部队开展3D打印车辆应急维修的对策建议
　　3.1 做好各项前期准备，确保3D打印应急维修的顺利实施
　　这里所说的各项准备，不是指保障实施前部队应做的常规准备，而是主要指以下两个方面：首先，要全面评价车辆故障，建立适于3D打印的车辆备件库。由于3D打印技术制造成本较高以及打印材料和技术的限制，车辆零部件不全都适于用3D打印设备进行制造。因此，应做好车辆故障评估，建立适于3D打印的车辆备件库，易于解决的小故障、不影响车辆使用效能的故障以及已携带备件的故障等都不适于用3D打印设备，3D打印设备尤其适用于制造价格昂贵较为重要、不易携带的易损件以及已经停产或部队暂时没有而生产购买周期又较长的零部件。其次，要根据备件库提前获取车辆零部件的三维数据模型。零部件的三维数据模型是实现3D打印的基础和前提，只有提前获取3D打印零部件三维数据模型，战时才能及时按需打印。一是利用三维扫描仪扫描零部件，获取三维数据模型。二是与生产厂家协商，提前获得零部件的三维数据模型，或与生产厂家签订协议，当部队需要打印零部件时，生产厂家必须及时将零部件的三维数据模型通过保密的途径传至有需求的单位。三是根据车辆应急维修保障需求，设计零部件的三维数据模型，甚至创造性地设计便捷的维修工具。
　　3.2 完善现有保障方式，发挥3D打印应急维修的最大效能
　　一是提高伴随保障的应急维修能力。武警部队常用的保障方式主要有伴随保障、定点保障及巡回保障三种[6]，其中伴随保障时效性最好，但维修能力较弱，3D打印技术应用到部队车辆应急维修保障中，能够极大地提高伴随保障效能。将3D打印设备及其原料集成在一个集装箱或轮式牵引箱内，由专用保障车进行运输或牵引，跟随任务部（分）队一同准备、同时机动、同步展开，实时了解部队的保障需求，及时修复受损的车辆。二是充分发挥远程支援保障和社会化保障方式的优势。将3D打印设备与远程信息诊断系统相结合，把现场3D打印设备无法打印的零部件的数据信息传回后方修理分队，用后方修理分队的大型3D打印设备进行打印，而后送往前方受损车辆；或将需要打印的车辆零部件相关数据信息传至地方3D打印公司，依靠地方专业的3D打印设备进行打印；或在部队执行任务时，组织地方技术人员，使用地方3D打印设备实施伴随保障，及时修复受损车辆。
　　3.3 区分不同故障情况，确定3D打印应急维修的最佳方法
　　当车辆受损时，应按照快捷高效、安全可行的原则，根据车辆零部件的受损情况，合理选择3D打印应急维修方法，以期在最短时间内快速恢复受损车辆的技术性能。一是原件换件维修。利用3D打印设备快速制造损坏的原件，而后用打印件替换原件。二是原件重构维修。如果打印损坏的原件花费时间较长或没有原件的三维数据模型而无法打印，但原件可用其他类型的零部件代替，就可以利用3D打印设备快速制造重构件进行替换维修，例如打印塑料管暂时代替金属管。三是原件修复维修。利用3D打印设备对受损件进行修复，以恢复其全部或部分功能，例如当齿轮的某个齿损坏时，只修复损坏齿而不用打印整个齿轮，能够有效缩短维修时间，提高维修效率。四是打印维修工具。在车辆应急维修过程中，难免会遇到维修工具准备不足或损坏的情况，此时，就可以利用3D打印设备快速制造或改造维修工具，而后再修复受损的车辆。
　　3.4 依据维修保障需求，明确3D打印应急维修的发展策略
　　3D打印技术对车辆应急维修保障是一种颠覆性的创新[7]，结合武警部队应急维修保障需求，针对存在的矛盾问题，发展3D打印应急维修，第一，要理清部队发展需求。3D打印对于武警部队来说是一项新技术，在发展3D打印技术之前要理清3D打印设备配备需求和材料采购需求。不同3D打印技术设备适合制造或修复不同故障类型的车辆零部件，例如，熔融沉积成形（FDM）技术设备适合制造要求不太精密的塑料零部件、选区激光粉末烧结成形（SLS）和选区激光熔融成形（SLM）技术设备适合制造要求精密的金属零部件、激光近净成形（LENS）技术设备可以对金属零部件的表面磨损部位進行修复。根据部队车辆损坏情况，配备不同技术类型的3D打印设备，再根据技术设备确定材料采购需求。第二，要积极培养和储备技术人才。武警部队暂时还没有涉足3D打印技术行列，对该技术知之甚少，相关人才更是非常紧缺，所以要积极培养和储备技术人才，为发展3D打印车辆应急维修奠定坚实的人才基础。部队院校应增设“3D打印车辆应急维修研究实验室”，为部队培养相关技术人才。第三，要大力推进军民深度融合。国内许多地方公司及科研院所早已开展3D打印技术研究，而且在金属材料成形制造方面已经达到了国际领先水平[8]，部队应与相关单位积极合作，利用地方现有资金、人才、技术、设备，有序稳妥推进3D打印技术在武警部队车辆应急维修中的应用研究。
　　4 结束语
　　技术的创新带来部队保障方式的变革和保障能力的提升，作为革新传统制造方式的颠覆性技术，3D打印的技术特点可以很好地解决部队车辆应急维修保障存在的现实矛盾。武警部队应积极探索该技术在部队车辆应急维修方面的应用，不断提高应急维修能力，创新后勤保障方式，提升部队战斗力。
　　参考文献：
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　　[4]卢秉恒，李涤尘.增材制造（3D打印）技术发展[J].机械制造与自动化，2013（4）：1-4.
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　　[7]郭继周，吴集，邓启文.3D打印技术对装备维修保障的影响与对策[J].装备学院学报，2016，27（2）：22-25.
　　[8]王华明.3D打印帮助中国造飞机[N].北京科技报，2013-09-23（052）.
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