【科技评论】军用3D打印技术运用面临诸多挑战
（本文由知远战略与防务研究所授权杜和编译自美国《国防》杂志2015年11月号）
[知远导读]美国《国防》杂志2015年11月号发表文章：Military 3D Printing Projects Face Challenges。文章称，军用3D打印技术将极大缩短军队供应链，降低后勤保障成本，甚至引起军队后勤系统发生革命性变化。当前美军正在广泛研究军用3D打印技术在后勤保障中的运用。但是，在大规模运用军用3D打印技术方面也面临着诸多挑战，例如打印零部件的质量和知识产权问题，3D打印机的防网络攻击问题以及使用人员的培训问题，这些都影响和制约着军用3D打印技术的运用。文章认为，美军大规模使用3D打印技术尚需时日。文章编译如下：
增材制造（AdditiveManufacturing）技术又称为3D打印技术，有可能彻底改变美国军队的后勤系统。专家们表示，但是在这种梦想变成现实的过程中困难重重。不同于传统的利用原材料，通过钻孔或削修从中去除部分物质从而生成物品的传统制造工艺，增材制造技术利用数字化数据，通过层叠原材料打印层来生成3D物体。
LMI公司是一家位于弗吉尼亚州的不以营利为目的公司，该公司为国防后勤局（Defense Logistics Agency）提供有关3D打印技术影响的建议。这家公司的项目经理布伦南·霍根（Brennan Hogan）说，增材制造提供了“使供应链发生颠覆性变化”的机会。霍根在位于华盛顿特区的智库布鲁金斯学会（turning on its head）举办的小组讨论上说，“在传统的供应体系下，你可以在生产基地生产零件，将其发送到仓库，然后它被组装成构件或者被发送到战场。如果你将整个供应链向前推，居然将生产机器放在战场上，就在战场上打印零件，那么正在缩短了整个供应过程，在需要的地点就满足了要求。”3D打印技术可能会使美国国防部减少库存和存储空间，从而降低各项成本，她说，它也可以使军队能够打印不再生产的过时零部件。
随着技术的进步，一些军队领导人希望给仓库和已经部署的部队配备3D打印机，以方便实施维护、加强战备和节省资金。美国海军对这项技术特别热心，为了制定建造、认证和交付零件的标准，在两年前已经成立了一个“打印舰队”项目。近年来，美国军队有像油箱盖和医疗耗材那样的3D打印基本物品。展望未来，官员们设想打印出更大、更复杂的物体，例如飞机机翼，甚至是小型无人机。据美国海军发布的新闻稿称，美国海军负责舰队战备和后勤的副作战部长菲利·库洛姆（Phillip Cullom）中将在今年早些时候的增材制造会议上说，“很快供应链就不会再有物理束缚”。
但是，将3D打印技术大规模地运用到部队中，并不像购买机器和原材料，然后安装它们那么简单。还有许多问题和挑战需要克服，分析人士和业内高管们表示。德勒企业管理咨询有限公司制造和运营办公室专业负责人吉姆·乔伊斯（Jim Joyce）说，保证质量是需要克服的关键障碍。“我们能够展开这种后勤革命前，在增材制造方面我们必须克服哪些障碍呢？这实际上是零件认证，”他说，“如果我用3D打印机生产零件，我可以复制流程及其所有细节，用在另一台3D打印机上，并确保能够准确地做到吗？”乔伊斯补充说，“一旦你破解了密码，你将真正地解除这种技术限制”。
普拉特·惠特尼公司（Pratt& Whitney）先进项目和技术主任詹姆斯·凯尼恩（James Kenyon）说，当增材制造技术涉及到产品制造商认证时，工业界已经关注其影响。“你遇到的难题，特别是在飞机系统方面，是你必须要的那些零件具有的某些特性——材料性质和表面光洁度等品质。如果没有那些特性，这种零件可能是失败的，如果零件失败了，它只是能供人观赏，并不适合使用，”他说，“对于我们制造商来说，所面临的挑战是要依赖我们产品的质量。”凯尼恩补充说，“如果你开始忙于安装了我们不信赖的3D打印零件产品，那么这就非常困难了。”
美国海军研究办公室材料科学和技术部主任朱莉·赫里斯托祖（Julie Christodoulou）表示，美国海军在实验室和仓库采取持续措施来解决质量问题。“我们正在努力建立对这些功能的信任，真正了解如何认证要使用的零件，”她告诉《国防》杂志记者，“有一些不同的变量会影响零部件的质量，我们正在花费资源和时间来了解如何解决这些变量问题，并最终预测部件的性能。”
美国海军在今年夏天举办了一次工业日活动上，谈论了该军种的增材制造目标。赫里斯托祖说：“预计在今年秋天发布一份更加广泛的机构公告，征求工业界对实现在军事仓库进行零件认证的3D打印和配套工作的想法。事实证明，在军舰上使用3D打印机可能更具挑战性，因为海上条件，例如水蒸气和船只运动等，使得在这样的环境下进行增材制造更加困难。”赫里斯托祖指出，就在这种情况下，美国海军在使用3D打印机生产某些类型物品上遇到困难。“我们可以非常好地定期提供满足或超过简单阀门等铸造产品的机械性能”，赫里斯托祖说，“这更具挑战性，事实上达到精加工产品那样的性能要求有点不切实际，精加工产品在铸造后还要经过锻造或者某种热机械处理。”
技术发展并不是那些想要推进3D打印的人所关心的唯一问题。这种想法对美国国防部和工业界提出了知识产权问题，分析人士指出。德勒企业管理咨询有限公司在去年的一份报告中称，五角大楼将需要对法律问题进行梳理，因为几十年来它并没有获得其采购的最终产品的技术权利许可。一份题为“3D打印技术在美国国防部中的机会：增材制造加速发展”的报告称，“这样一来，美国国防部将无法迅速采用增材制造技术的全部希望，五角大楼需制定计算机辅助设计（computer-aided design， CAD）许可战略文件，并确定可以合法完成扫描和逆向工程的程度。”
“部队还必须接受使用3D打印技术的训练。前沿部署的最终用户需要知道如何运用计算机辅助设计文件和三维数据，在某些情况下，他们还必须具备工程知识，”霍根说，“将来会需要一些专家和博学人士来促进这种过程，从而使这项技术可以实际应用。”
虽然3D打印技术可以通过消除运输零部件的必要性，从而降低美国军队实体供应链的风险，但是它在网络战时代也产生了新的威胁。波托马克政策研究所（Potomac Institute for Policy Studies）革命性思想中心的网络专家詹妮弗·麦卡德尔（Jennifer McArdle）说，“这将成为一个数字化供应链，因此军方会将计算机辅助设计文件发到前沿部署的3D打印机。这些设计可以会被不怀好意的行为体利用。”美国海军官员们担心，对手们可能会利用网络工具造成军方在不知不觉情况下打印飞机或其他系统的有故障零部件。美国海军作战部长办公室新成立的海军网络处处长特洛伊·约翰逊（Troy Johnson）表示，美国海军正在研究如何更好地保护3D打印机免受直接和间接攻击。如果这些系统连接到美国海军的信息网络，或者如果水手们拿出受感染的闪存盘，并将其插入一台3D打印机，那么它们可能容易受到攻击。他在五角大楼告诉记者，“这些领域都是我们所关注的领域，也都是我们现在正在解决的问题。”
“美国国防部还需要帮助从事增材打印技术的公司实现网络安全，”麦卡德尔说，“美国国防部的合同商将来必须处理这些问题，因为它们打算生产军方将要使用的系统。”“当谈到决定是否使用3D打印技术来生产特定物品时，成本、质量要求和数量需求是发挥作用的关键因素，3D打印技术不会用于一切事情，”赫里斯托祖说，“还会有一些组件最好利用传统方法生产。一些更加复杂的系统肯定将要越来越多地利用增材制造技术的优势，但是必须符合过程经济性，并且满足要求的性能。”
美国国防部在利用3D打印技术推动后勤方面，现在处于“演进”过程，而不处于革命过程。“应用技术的最有效方法会是适度的渐进方式，因为这种努力有太多复杂的方面，”霍根说，“我们的建议是，再需要10年、15年或20年的时间。”
在工业界方面，各家公司在充分利用增材制造技术优势生产产品方面也面临着挑战。“在设计软件跟得上这项技术发展之前，需要取得跨越式进步，”乔伊斯说，“有很多人缺乏了解，或者坦率地说，缺少如何设计数字化优化零件的知识。”他对当前形势和复合材料作为传统金属制造材料替代品出现时进行了比较。“在复合材料真正兴盛起来之前，工程学校完成相关教育就花费了难以置信的周期，”他说，“这真的用了几十年的时间。”
凯尼恩表示，普拉特·惠特尼公司已经使用3D打印技术为美国军队设计发动机部件，但是现在利用这些工具进行开发设计工作是“艺术”，而不是科学。“这才是真正的商业机会，因为这开创了以更少成本生产东西的全新方式，因为这需要较少材料，花费用少的时间，因为这能减少生产线上一些流程，”他说。
乔伊斯预计，3D打印技术将推动工业界两种不同趋势的发展。“当我们开始梳理哪些受法律保护，哪些不受法律保护时，你会看到那些正在生产过时零件的仿造个人和公司的崛起，然后这些零件坦然地成为主流零件，”他说。随着3D打印设备和材料的成本降低，“制造日益成为一种人们可以直接获得的商品。他们不需要花费那么多钱。他们可以建立一个非常强大的加工车间，然后制造向来只由大型防务公司生产的东西。”
另一方面，各家公司都有机会脱颖而出，乔伊斯说。“还有一组机器和材料正变得高度专业化，这被视为是一种竞争优势，”他说，“还有有限数量的人员在增材制造方面真正与众不同，他们通常拥有大量资金。”那些追求高端能力的公司正在建造自己的增材制造机器，乔伊斯说。“现有的机器根本不符合标准。商业工业部门的这类投资一直在获得收益，”他说，“到目前为止我们所看到的是，为了解决金属面的流程，然后生产零件的问题，花费了大量资金。但是，当你这样做时，你具备了相对于其他的公司的显著优势，事实证明这些资本投资是值得的。”
赫里斯托祖认为对于工业界和美国国防部来说，3D打印技术是未来的潮流。“我认为这是一种长期趋势，”她说，“3D打印技术是一件提供给工程师的非常令人兴奋的工具，我认为，随着我们了解这种能力及其局限性，它会得到越来越广泛的运用。”
关于“3D打印”的文章，请点击以下链接查阅：
【科技评论】预测2015年科技生活：智能住宅起飞3D打印食品
【科技资讯】雷声公司用3D打印技术造出下一代制导武器几乎所有组件
【科技评论】新技术炒作周期图：大数据顶峰滑落，人工智能、神经技术崛起
【科技资讯】美国国家3D打印创新机构（America Makes）发布2015新版项目指南
【科技动态】澳洲公司宣称开发出比Carbon3D更快的3D打印机
关于“4D打印”的文章，请点击以下链接查阅：
【重磅推荐】“战略前沿技术”2015年全部历史文章已整理完毕，请回复“2015”或点击自定义菜单中的历史文章“2015文章全收录”查阅！