4D打印即将引发新一轮军事变革

《军事文摘》 马駉 张全礼 T中
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OFweek3D打印网讯 商场中购买的鞋子可根据人脚的形状、大小自我调节;衣橱里琳琅满目的裙子可随人体形态自由变化;战士的武器可随战场环境自我改变适应……这些不是科幻,也不是幻想,4D打印将带领我们步入充满神奇的世界。

4D打印诞生于美国麻省理工学院的自动组装实验室。2013年3月,在技术、娱乐、设计大会上,该实验室首创4D打印技术,成功地把3D打印的绳子放置在水中,使其自我弯曲折成“MIT”(麻省理工学院的英文缩写)。此后,4D打印技术进入大众的视野,受到了全球的广泛关注,不断应用于工业、航天、医疗、军事等诸多领域。

4D打印是指初始材料经过3D打印后,在关键部位加入智能材料,形成的“半成品”遇到特定环境,无需人为干预,也不用动力能源,便可按照预先的设定进行“自我组装”“自我修复”,是一种能让材料快速成型的颠覆性技术。

利用4D技术打印出来的MIT字样

颠覆性技术的出现,往往最先应用于军事领域。3D打印在新军事变革中方兴未艾,4D打印又会带来什么样的未来战争呢?

“低成本”战争

4D打印将驱动节约型军事生产。不论是潜艇、空间站、宇宙飞船等大型武器装备的制造组装,还是智能防护服、特种枪支等高端小型武器装备的设计生产,对于研发单位和军工厂来说,研发、生产成本都是较高的。3D打印的出现,部分解决了制造生产的初期问题。复旦大学沈丁立教授对3D打印军事武器的原理有一个形象比喻:“传统的制造是一门雕刻技艺,对多余的部分做减法;而3D打印与之相反,我需要什么,才增加什么。”4D打印技术更进一步,在一体化打印的基础上实现了武器不同部件的可变形组装。

因而,4D打印简化了工业制造中的繁琐环节。设计者只要简单地编程,而无需生产机床等上游生产设备,部件与产品本身结构的难易程度将变得不再重要。英国宇航系统公司透露,“旋风”式战斗机部分零部件的一体化打印,预计可节省120万英镑的成本。产业链升级带来的绝不仅仅是数笔经费的节省,极有可能是造价颠覆式的革命。比如,航空母舰上的武器和配套装置,人造卫星、空间站以及宇宙飞船上的仪器装备,一旦出现某个零部件故障却无材料维修的窘境,带来的损失可能是一个天文数字。4D打印技术根本性地解决了“寸土寸金”的特殊环境下材料的安置问题。

哈佛大学的实验室利用4D技术制作出了能够自我变形的花朵

“快速化”战争

快速化战争首先体现在武器装备的生产制造上。毋庸置疑,4D打印下的军工生产将大大缩短武器升级周期,突破军事创新时间的阻碍。传统武器研发一般先模拟后制造,或者一边建物一边调整模拟效果。前期设计生产涉及到人员组织分工协同、构件生产运送组装,后期调整又涉及到部分构件重制、装备重组,甚至核心的改变。虽然整个流程结构高度紧密,但是环节则比较分散,冗长的产业链不可避免地拉长了武器装备的研发周期。4D打印让快速建模有了根本性的转变:硬件和软件的紧密结合将颠覆武器装备传统的需求导向—设计实验—制造研发流程,使设计建模到产品成型高度一体化,无需考虑复杂的模型结构、依赖高精尖的辅助设备,产品成品所需时间将大大缩短,这无疑将加快武器装备更新换代周期,为实现武器装备由批量化生产转向定制化制造提供了可能。

全球首支3D打印的手枪

武器生产研发“快速化”的保障,衍生助推战争的“快速化”。4D打印快速转换“需”“求”的特质,将满足战场实战化要求。战场环境复杂多变,装备损毁后很难得到及时修复,影响作战任务的正常执行。4D打印在战场上广泛运用后,就可有效解决长距离复杂环境下快速运送维修的问题,甚至实现武器装备实时自我修复。即使武器装备损毁至难以修复,结合3D打印,只需三维模拟图形,零部件当场也能被快速打印“制造”。

“智能化”战争

4D打印技术的发展应用更多地取决于智能材料的进步,而不是打印手段。“它所需要的并非一般的普通材料,而是带有记忆功能的智能材料,是一种能感知外部刺激,并能够通过判断而进行自我变形、组装的新型功能材料。”信息化战争中作战任务的不断拓展对武器装备提出了更加特殊的要求,依靠武器装备固有性能已不能适应多变的战场环境,这就要求新式武器要能根据不同战场环境需要做出适当“动态”调整。以战斗机为例,用4D打印技术做成的部件如遭敌破坏,战斗机无需迫降,也不必等待零件运送及专业技术人员到来,损毁部分会快速脱离飞机,新的部件可自行再构。这种智能化的“可再生”能力将有力保障更为激烈作战任务的完成。

美国军火商雷神公司用3D打印制造出的导弹部件

沙发可自我组装,管道线路智能地在地下铺设。4D打印技术智能应用正在颠覆某些传统民用行业。在军民融合背景下,部分成功转型的案例可直接应用于现代军事保障。现代军事保障由供给需求、成品生产、物资调拨、物资运输、分类发放等诸多环节构成,涉及交通运输、天候地形等诸多因素,流程复杂难控。精密装备或易损物资在配备过程中可能意外损毁,给后勤保障带来不便。4D打印技术的智能化产品受外界影响小,可自动组装为成品,能较好地解决这些问题。在运输方面,武器装备可制成折叠状态或半成品,在需要时进行智能化自我组装。这种简单的改变减小了运输装备体积,降低了损毁可能性,方便远程机动。

“个性化”战争

各种智能化武器的应用必将导致个性化战争出现。信息化战争的作战模式不断创新,对作战提出了更多特殊要求,依靠武器装备固有属性组合已难以适应多变的战场需求,这就要求包括武器装备在内的作战力量能根据不同战场“情景”做出“个性化”调整,打造“独一无二”的作战力量。4D打印技术不仅可让人类脑海中的想法被快速打印,而且可将多种可能的修正要素预设在打印材料方案中。由此,在武器打印成型后,根据战场不同情况,使用者可根据自己的想法,驱动武器实现自我变形、完善、修正,“定制”有针对性的武器。单兵武器相对简单,也许只要改动一点参数设置,即可收到意想不到的效果。对大型系统类武器装备,4D打印需在更高层次上解决产品自行组装问题,增加自行创意变化环节,帮助使用者实现“人剑合一”。武器装备运用过程中可根据周围环境和作战目标不同,优化调整设计参数,快速塑造成型,甚至环境自适应,从而大大提高武器装备的环境适应能力和作战效能。

不怕撞衫的4D打印裙子

近年来,4D打印技术正当其时,呼声很高,但实际推广还有一定难度,面临诸多挑战,比如对打印工艺要求高,核心打印材料价格高、种类少等。李克强总理指出“促进中国制造上水平,既要在改造传统制造上‘补课’,同时还要瞄准世界产业技术发展前沿。”我们应客观认识到这些难题,校正可参考的思路,在攻坚克难中化挑战为机遇,实现质的飞跃,引领科技前沿。目前,我国已加大了投资布局力度,创建了为数不少颇具实力的记忆合金企业和相关研发机构。

4D打印作为颠覆性技术的代表之一,在军事领域的应用会日趋广泛,影响力会持续加深,必将引发一场划时代的军事技术革命和作战方式变革。当前,西方军事强国已嗅到了这股浪潮的气息,正在积极推动军队建设和保障方式创新发展,并取得了一定的进展。我国起步较晚,只有奋起直追,才能不落下风,在新一轮军事变革中抢占有利位置。

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