3D列印技術憑借其快速制造複雜零件、減少制造時間和成本、提高材料使用率等優勢，被美國國防部視為國防後勤保障的關鍵技術。近期，美國國防部等政府機構推進3D列印技術在制造備件、定制裝備、快速部署和戰地修複等方面的應用，并與私企和高校等展開多項合作，解決3D列印技術在實際應用中面臨的問題。預計随着3D列印技術及相關技術的不斷發展，該技術在國防領域的應用範圍将進一步拓展，并有望在增強國防能力方面發揮更重要的作用。
一、3D列印技術賦予國防領域新能力
3D列印技術作為能夠變革武器裝備的研發、生産和維護模式的前沿技術，受到美國國防部門重視。美國增材制造研究公司（AM Research）的報告稱，2024年美國國防部在3D列印技術領域的直接支出約為5億美元，且将以23%的複合年均增長率保持增長，預計到2030年支出将達到15億美元。這種巨大的投入增長凸顯出3D列印技術對于國防領域的戰略重要性。具體來看，3D列印技術可以在以下幾個方面賦予國防領域新能力：
一是實作武器裝備的快速制造，提高響應速度。3D列印技術可以在數小時内生産出複雜武器裝備和零部件，相比傳統制造方法大幅提高效率，進而提高了武器裝備的補給能力、縮短了受損武器裝備的停用時間，更好地比對軍事行動中對于武器裝備快速部署和修複的需求。
二是可定制化生産。3D列印技術允許按需制造個性化和定制化的零部件、工具和裝置，無需大規模的生産線和庫存，可滿足高端武器裝備的各種特殊定制需求，具有高适應性和靈活性。
三是減輕後勤負擔，降低物流成本。軍隊通過利用可移動式3D列印裝置在前線或偏遠地區進行本地分布式生産，可減少對長途運輸和大規模倉儲的依賴，降低物流成本。同時，通過本地分布式生産，可以提高軍隊響應速度、降低補給線被偵查和打擊的風險。
四是提高資源利用效率。部分武器裝備使用了昂貴的原材料，利用3D列印技術可以減少複雜結構件的耗材。同時，在小批量武器裝備制造中，利用3D列印技術可以直接進行模組化列印，無需制造模具，降低了整體投入。
二、美國國防部門高度重視3D列印技術
長期以來，美國國防部和軍方将3D列印技術視為戰略重點技術，給予高度重視。2021年1月，美國國防部釋出了首份《國防部增材制造戰略》報告，将3D列印視為實作國防系統創新和現代化、支撐戰備保障的強有力工具，緻力于使3D列印成為廣泛應用的主流制造技術。該報告明确了3D列印的未來發展願景、戰略目标和發展重點。為了進一步推進3D列印技術在國防部的使用，2021年6月，美國防部研究與工程副部長辦公室釋出了國防部5000.93訓示，該訓示就3D列印技術在國防部的實施和應用制定政策、明确責任并細化程式提供了總體指導。2022年5月，美國拜登總統宣布推出名為“增材制造推進”（AM Forward）的計劃，旨在發動國家力量支援中小型企業發展3D列印技術及其相關技術，以及通過3D列印技術來強化制造業勞動力和美國本土供應鍊。該計劃的首批參與者包括通用電氣航空公司、雷神公司、西門子能源公司、洛克希德·馬丁公司和霍尼韋爾公司。2023年2月，美國海軍戰略潛艇項目執行辦公室執行主任Matt Sermon稱軍用造船的未來取決于金屬3D列印技術，美國海軍将繼續加大3D列印技術的部署力度。2023年10月，美國陸軍參謀長蘭迪·喬治将軍表示，美陸軍希望通過3D列印等先進制造技術和其他創新舉措來提高後勤和戰備能力。此外，美國海軍陸戰隊計劃表示将在2025年前将實作由聚合物列印零件轉向全面金屬列印。
三、美國推動3D列印技術在國防領域應用的措施
（一）建立大型可3D列印零件檔案綜合存儲庫，實作高效率零部件采購流程
2023年12月，美國國防後勤局（DLA）與創新咨詢公司BMNT合作建立了可3D列印零件檔案存儲庫，進一步推進3D列印技術在國防和安全領域的全面應用。DLA采用了其他交易授權（OTA）合同的方式，簡化了零部件采購流程，使DLA能夠更迅速地應對國防部對零部件的需求。這一流程的變革使得采購零件所需的時間從傳統的三個月以上縮短到不到兩周，進一步提高了國防部的應變能力。此外，通過将數千家美國制造商納入國防供應鍊，DLA擴大了其供應商基礎。這種擴張不僅增加了供應鍊的韌性，也為國防部提供了更多的選擇和靈活性，以滿足不斷變化的需求。
（二）加強3D列印系統部署，降低成本
美國海軍在不同類型的艦艇和潛艇上成功部署了多種3D列印系統。這種多樣化系統的部署有望減少美國海軍對傳統供應鍊的依賴，提升海上後勤保障能力，進而提高艦艇和系統的戰備水準。2023年1月，美國海軍在“巴丹（Bataan）”号兩栖攻擊艦上成功部署了增減材混合制造系統。這一系統具備3D列印316L級不鏽鋼部件的能力，為美國海軍提供了在低成本條件下實作工業級艦艇專用金屬零件制造的技術支援。不久後，“巴丹”号艦員便首次在艦上使用該制造系統完成了金屬部件的制造。整個過程僅用了5天，為美海軍節省約40萬美元。同年2月，美國海軍又在核潛艇“新罕布什爾”号（SSN 778）上安裝了一台新型“Markforged X7”3D列印機，用于實時修複管道洩漏和新電氣裝置外殼等各種裝置。3D列印系統的部署使得原本難以獲得的單個零件能夠直接在船上進行制造，替代了以往高成本、長耗時的零件更換方案。
此外，美軍加強了3D列印系統在醫療、建築保障等領域的實戰應用能力。例如，2023年7月，海軍陸戰隊在綜合訓練演習期間實作了在MV-22B魚鷹運輸機高速飛行過程中成功3D列印醫療模具，突破了傳統制造對潔淨室環境的限制，展示出3D列印技術在提升供應鍊韌性和遠征部隊的戰備能力方面的潛在優勢。2023年11月，美國陸軍工程兵團對使用3D列印技術建造的混凝土結構進行了爆炸測試，證明了其在爆炸條件下的性能和耐久性。
（三）提供多重資助，推出研發項目征集
美國通過多機構合作、資助多個項目，并在不同領域展開研究，在國防制造中積極推動3D列印技術的研發和應用，為提高制造效率、降低成本、解決特定領域問題提供了全方位的支援。
2023年4月，美國國防部輕量化制造創新機構（LIFT）與密歇根理工大學開展多項3D列印研發項目，涵蓋金屬粉末霧化系統、定制化金屬合金，以及制定金屬合金在高超聲速領域應用的路線圖等多個項目，加速了3D列印軍事應用材料和工藝的研發。同年10月，空軍研究實驗室資助的“增材制造技術高效鑒定/再鑒定新方法示範”計劃揭示了六個項目，緻力于制定合格的3D列印工藝，同時采用機器學習等先進技術進行高效監測。2023年11月，美國國防制造與加工中心和American makes宣布對“通過增材制造能力和技術經濟性分析提高制造生産率”（IMPACT）征集的項目進行資助，資金由美國國防部研究與工程副部長辦公室和空軍研究實驗室提供，總金額為1170萬美元。這一資助進一步強調了國防部對3D列印在提高生産率和應對制造挑戰中的戰略重要性。2024年4月，美國空軍研究實驗室（AFRL）與美國Relativity Space公司簽署價值870萬美元的合同，旨在利用後者的3D列印技術開發大面積3D列印實時缺陷檢測技術，支援美國空軍金屬3D列印發展。
（四）加強企業合作，提升供應鍊安全
美國持續深化與本國企業的緊密合作，支援企業研發新技術，以便快速利用創新成果滿足軍隊要求。2023年4月，美國空軍通過與美國Amentum公司合作，通過3D掃描和3D列印現代化物流系統，提供商業采購解決方案，以促進對外國軍售客戶的服務。2023年9月，美國ATI公司被美海軍核推進計劃相關機構授予合同，将在2024年建立先進3D列印設施，以提高3D列印零部件能力，加速船舶建造。此項合作将支撐美國“弗吉尼亞”級核潛艇、“福特”級航母等最新艦艇裝備服役美國海軍。同月，美國Branch技術公司獲得了美國空軍研究實驗室和空軍技術加速器辦公室（AFWERX）113萬美元合同，旨在通過其獨特的蜂窩制造3D列印技術，為軍事建築提供創新的解決方案，提高空軍建築物的性能和部隊綜合保障能力。
同時，美國加強與國際領先企業合作，擷取最新3D列印技術，進一步推動本國3D列印技術的迅速發展。通過與澳洲SPEE3D公司合作，美國海軍首次采用金屬冷噴塗3D列印技術，實作了快速、可靠、易于部署的潛艇零部件制造。此外，2023年9月，澳洲金屬增材制造公司AML 3D與美國國防部支援的BlueForge聯盟簽署了一份價值23萬美元新合金表征和測試合同，旨在進行3D列印銅鎳零部件的開發和測試，支援美海軍的潛艇計劃。2023年11月，美國國防制造公司Cogitic向澳洲AML3D公司購買ARCEMY3D列印系統，該系統将為美國海軍潛艇工業基地提供金屬3D列印零件。雙方合作不斷深入也表明了美國海軍潛艇工業供應鍊對3D技術需求的不斷增長。
（五）加強人員教育訓練與人才儲備
為了更好地應對美國國防部對3D列印技術的不斷增長的需求，美國政府通過各種教育訓練和人才儲備計劃，確定軍方具備足夠的專業技能和知識來應對不斷變化的技術環境。早在2017年，美國便成立國家3D列印教育訓練項目ACADEM，并在全軍範圍内推廣，旨在使得各個軍種的工程師、技術人員和維修人員具備足夠的操作經驗和技能，能夠熟練運用各種3D列印系統。同時，美國軍方通過與學術機構和研究中心的合作，推動3D列印技術相關專業的研究和教育，包括設立專門的研究項目、獎學金計劃以及與軍事學院的合作等。此外，美國國防部還鼓勵軍隊内部的知識共享和經驗傳承，通過制定相關政策和流程，確定3D列印技術的最佳實踐得以廣泛傳播。這種内部交流不僅有助于提高整體技術水準，還能夠促進創新和問題解決的協同努力。
四、結束語
美國在國防領域持續推進3D列印技術的應用和發展，已對美陸、海、空、天軍及其後勤保障系統産生積極影響。美國國防部的戰略布局和對創新技術的重視，使得3D列印不僅成為推動技術進步的重要力量，也為應對未來軍事挑戰提供了重要的技術支撐。預計，随着新型3D列印材料持續進步和突破，以及人工智能和機器人等新技術與3D列印技術不斷整合，将使3D列印技術制造的武器裝備零部件具有更優異的性能、使3D列印的自動化和智能化水準進一步提高，進而在國防領域發揮更為重要的作用。
作者簡介
董蓉 國務院發展研究中心國際技術經濟研究所研究五室
研究方向：先進制造領域前沿技術跟蹤及産業、政策研究
編輯丨鄭實
研究所簡介
國際技術經濟研究所（IITE）成立于1985年11月，是隸屬于國務院發展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究大陸經濟、科技社會發展中的重大政策性、戰略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經濟發展态勢，為中央和有關部委提供決策咨詢服務。“全球技術地圖”為國際技術經濟研究所官方微信賬号，緻力于向公衆傳遞前沿技術資訊和科技創新洞見。
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