在多重动力的驱使下，3D打印技术在航空航天与军事领域内持续展现其作为行业核心推动力的显著地位。
尤其在美国，新冠疫情的冲击以及当前地区紧张局势的升级，使得制造业的战略地位被提升至国家安全的高度。在此背景下，3D打印技术在确保军事关键部件供应和增强供应链韧性方面的作用愈发重要，已成为维护军事装备供应链稳定的关键所在。

3D打印技术正深度融入美国军事装备的供应链体系中，不仅大幅提升了供应链的稳定性，还凭借其独特的3D打印能力，实现了前线临时生产的快速部署，为军事制造增添了更多手段与灵活性。

据Additive Manufacturing Research最新报告指出，美国在2020年对3D打印的总投资额已达1.422亿美元，并预计到2027年有望突破10亿美元，而到2032年，这一数字或将进一步跃升至22.33亿美元。这充分显示了美国对3D打印技术的长期承诺与持续投资力度之大。

根据相关资料表明，至少自2012年陆军、海军和国防部承包商首次在现场部署3D打印机以来，美国军方就已涉足3D打印技术。

直到2016年，军用3D打印真正迎来快速发展。

当时，应国防部要求，America Makes和德勤与美国军方的三个部门及国防后勤局共同举办了九次研讨会。这些研讨会的调查结果被整合到一份名为《国防部3D打印路线图》的报告中，并于同年11月发布。这份路线图作为同类中的首创，旨在将这种“改变游戏规则的技术”应用于美国军方和国防部，以改善物流、实现新产品和改进产品以及提高材料准备度。

自那时起，军队对3D打印的持续使用显著增加，从基本的原型制作发展到车辆、飞机、武器、装备、掩体等的最终用途零件。今年年初，国防部发布了3D打印战略，随后于6月发布了国防部指令5000.93，明确了在国防部使用3D打印的政策、角色和职责，并提供了总体指南。

该战略设定了共同的3D打印愿景，并提出了以下五个目标：

一是将3D打印纳入国防部以及有机和商业工业基地；

二是与联邦机构协调、促进和推进整个部门的3D打印活动；

三是与工业界和学术界合作，建立公私合作伙伴关系，推动美国制造的发展；

四是通过高质量培训和分享最佳实践来提高国防部员工的熟练程度；

五是确保国防部和供应链内3D打印工作流程的网络安全。

目前，大多数军事3D打印活动仍用于“实验”目的。然而，凭借庞大的预算和看似无穷的资源，军队始终站在技术创新的前沿。正如我们所见，许多军事项目最终都进入了民用领域，如互联网、卫星导航、胶带、数码摄影等技术。

那美国军队的各个部门是如何运用3D打印技术呢？

以下是一些关于美国陆军、空军、海军及海军陆战队过去与当前3D打印项目的例子：

一是解决传统零件的即时供应问题。

当美国军队军事装备和车辆面临过时零件的短缺问题时，3D打印就成了解决问题的办法。2020年，美国陆军急需舱口塞，这是一种安装在战车上，有助于士兵在弱光环境下执行任务的设备。

由于原供应商已停产，更换零件需耗时三个月且成本高达1万美元。陆军采用3D打印技术，在短短数天内，以极低的成本3D打印出了该零件的两个版本。空军生命周期管理中心也定期利用3D打印技术为包括B-52机队、大型C-5M超级银河和B-2隐形轰炸机在内的传统战斗机制造过时零件。

陆军装备司令部（AMCOM）则与威奇托州立大学团队合作，对黑鹰直升机的每个部件进行拆卸和扫描，以便进行3D打印。AMCOM的其他部门也在进行类似的工作，评估用于3D打印的48K地面车辆零件和98K通信及电子零件。

二是追求轻量化设计。

士兵们常常需要携带重达90至140磅的装备，包括武器、弹药、水、食品、电池和个人防护装备等。此外，运输车辆、飞机和船舶的重量增加也会降低燃油效率，影响机动性和速度。

陆军研究实验室利用3D打印技术制造各种新型轻型车辆部件，如支架、推进系统、武器和炮塔部件。他们正在研究钛、钛合金等轻质金属和混合瓷砖复合材料，用于下一代作战车辆（NGVC）项目。

美国的陆军研究实验室还与中佛罗里达大学团队合作，通过改进高强度镁合金的3D打印技术，增加其密度以制造24个微晶格结构。

这种材料有潜力生产战场上士兵常用的轻型任务部件。空军也对3D打印材料3D打印提高耐用性和减轻重量感兴趣，因为更轻的重量意味着更快的速度和更低的总体燃料成本。

三是大型零件的制造。

美国军方长期以来对使用3D打印技术快速制造非常大、耐用的零件感兴趣。在车辆更换和维护或短期庇护所等领域，对更大物品的需求总是更大。

在今年早些时候，美国DEVCOM陆军地面车辆系统中心（GVSC）启动了无缝船体项目，正在开发世界上最大的3D金属打印机，用于制造军用地面车辆的单件船体和其他大型零件。完成后，这台大型3D打印机预计能够打印尺寸达30英尺长、20英尺宽、12英尺高的金属物品。

此外，还有较小版本的打印机正在开发中，以支持更大的机器。2019年底，美国海军陆战队成员在彭德尔顿营使用快干混凝土3D打印了一个足够大的掩体，可以隐藏车载多管火箭发射器系统。

美国陆军工程兵团也开发了一款可部署的3D打印机，能够快速创建抗弹片混凝土结构，如建筑物、小桥、掩体和门楼等。这些坚固耐用的3D打印机可以根据需要在远程位置打印零件。

四是现场3D打印

为了将3D打印从形式转变为功能，美国军队的所有部门都在探索更高效、更有效的方法，在现场进行3D打印，无论是在海上还是在偏远的大本营。

美国海军和海军海洋系统司令部（NAVSEA）正在探索使用3D打印技术在海上设计、打印、批准和安装关键或过时零件的方法。这将使工作人员能够按需3D打印零件和工具，降低零件生产成本和维修时间。

例如，塔尔萨号航空母舰的水手们现在可以使用3D打印技术，并接受了马歇尔大学罗伯特·C·伯德研究所提供的培训。

他们学习了如何设置、操作和维护3D打印机，以及计算机辅助设计技术和精密扫描设备的使用。一旦出海，他们就有机会通过3D打印各种组件来练习新技能。

美国的陆军研究实验室的研究人员还从剩余的瓶子和塑料中回收了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），并将其作为熔丝制造（FFF丝）的材料。他们的计划是让美军在战场上使用废弃的战场塑料废物，如水瓶、牛奶罐等，按需3D打印替换零件。

另外提一嘴，法国海军陆战队也于今年1月推出了一款安装在一艘现役军舰上的最大3D打印金属螺旋桨。

近年来，美国军方对3D打印技术的投资显著增加，推动了该技术在军事领域的深入探索与应用。以下是美国军方近期最为重视的十种3D打印技术中的几种关键类型。

第一类，是电弧增材制造技术（WAAM）。

今年2月，澳大利亚大型3D打印机制造商AML3D宣布向美国海军的重要客户交付了“X-Edition 6700”电弧增材制造系统。

这一销售是通过BlueForge联盟完成的，该联盟是美国国防部为加速国防工业基地内先进制造技术而设立的中介机构。

AML3D的电弧增材制造技术采用逐层堆焊方式制造致密金属实体构件，具有热输入高、成形速度快的特点，适用于大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成形。

该技术对金属材质不敏感，可成形材料丰富，如铝合金、铜合金等，具有其他增材技术无法比拟的效率与成本优势。AML3D已展示其在海事部门的技术能力，并获得了世界最大船级社DNV的批准。

第二类，是升级版的金属沉积技术。

2023年7月，Meltio公司宣布其独创的3E金属沉积技术获得美国国防部的技术认可。

这是一种LMD金属沉积技术的升级版本，能够同时使用金属丝、金属粉末或两者结合制造零件，而无需更换喷嘴。该技术可成型常用的材料，如钛、钢、铜、铝、铬镍铁合金等，硬件购置成本比当前市场价格低约50%至75%，材料成本降低多达10倍。

Meltio的技术适用于从小零件到几米大型零件的打印，适应于军工、航空航天、汽车和大规模制造等各个行业。该公司已在全球安装了超过100台机器，实现了工业原型和模具制作、小批量及大规模制造以及维护和维修等应用。

第三类，是液态金属增材制造技术。

2022年7月，施乐液态金属3D打印机被安装在美军黄蜂级两栖攻击舰上，成为美国海军舰艇上部署的第一台金属增材制造装备。该技术通过将铝合金焊丝熔化，并借助磁场精确地将液滴沉积在构建平台上并凝固，实现零件的叠层制造。

其3D打印机构建尺寸为300x300x300mm，最小层厚为0.24mm，铝合金零件的致密度超过99%。液态金属打印中的温度梯度和冷却速率不像基于激光和电子束的3D打印工艺那样极端，且使用标准铝合金焊丝，不需要金属粉末或特殊设施改造及个人防护设备。

该工艺需要的后处理较少，提供了更快的部件制造效率时间，减少了部署部队对全球供应链的依赖。

第四类，桌面型碳纤维3D打印技术。

碳纤维复合材料因具有优异的质量强度比而备受关注。2023年3月，Markforged的X7 Field Edition被安装在新罕布什尔号弗吉尼亚级潜艇上。

X7是该公司的工业级3D打印平台，采用连续碳纤维和凯夫拉增强材料，具有强化的双喷嘴系统和微米级激光检测系统，可保障打印中的零件尺寸精度。

Markforged还推出了适用于X7的机器学习软件，使用人工智能帮助3D打印系统适应和调整变量，以生产高精度的零件。在航空航天、汽车和制造行业，3D打印的碳纤维部件正在迅速取代模压碳纤维和金属部件。

第五类，大尺寸连续纤维复合材料3D打印技术。

2021年，美国空军研究实验室（AFRL）与Continuous Composites公司合作，共同研究连续复合材料3D打印在无人机机翼直接制造中的应用。

Continuous Composites公司能够将连续纤维增强材料与热固性树脂技术相结合，通过机械臂末端的执行器将纤维材料与快速固化的聚合物树脂一同沉积。

该技术可处理多种纤维类型，包括碳纤维、玻璃纤维、光学纤维和金属纤维。

3D打印可以精确定位和定向连续纤维，使其沿着指定载荷路径提供所需强度和刚度。由于无需工具或模具，该技术提供了一步制造方法来生产任何形状的连续纤维增强复合材料，取代了更复杂、耗时且昂贵的传统多步制造技术。双方的合作旨在评估和完善连续复合材料先进航空结构制造技术，以满足美国国防部的制造需求。

第六类，粉末床激光熔融技术。

粉末床激光熔融（L-PBF）技术作为当前金属3D打印领域的佼佼者，备受航空航天与军事领域的瞩目。2022年9月，美国空军通过间接资助SLM Solutions公司，推动了“世界最大”PBF金属3D打印机的开发，并授予蓝色激光技术专家NUBURU第二阶段合同，旨在探索基于蓝色激光的区域金属3D打印技术。

在L-PBF技术的发展中，制造尺寸的增加是一个重要方向。

如今，L-PBF技术3D打印机的制造尺寸已突破米级。为满足美国国防部需求，SLM Solutions对其NXG XII 600进行了升级，制造尺寸达到600x600x1500mm，并配备了12台激光器，实现了“闪电般的速度和生产力”。

该公司还计划推出可制造3x1.2x1.2米超大尺寸粉末床激光熔融金属3D打印机，这将是该技术诞生以来的最大机型。

区域金属3D打印技术的出现，为解决效率问题带来了突破性进展。美国空军敏锐地洞察到蓝色激光与区域打印结合的可能性，因此提前布局新技术的研发。

第七类，粘结剂喷射3D打印技术。

2020年，从事粘结剂喷射3D打印技术开发的ExOne公司赢得了美国国防部的一份合同，旨在开发一个可完全操作的3D打印移动“工厂”。这个工厂将被部署在约12米长的运输集装箱中，支持通过陆、海、空直接部署在野外，为战区、灾难救济或其他远程零件制造任务提供支持。

ExOne的3D打印技术因其速度、材料灵活性和易用性而成为军事用途的关键技术。其3D打印机支持20多种金属、陶瓷或复合材料零件的生产，能够直接制造最终产品或工具。

在任务执行中，后勤人员只需携带3D打印材料和零件的数字文件，而无需携带各种具体的零件备件。对于缺乏数字文件的较旧零件，工作人员可以在现场进行3D扫描或数字化设计，并根据需要进行3D打印。

ExOne开发的特殊军用3D打印机具有独特的机身样式和功能，成为强大的军事级产品。

第八类，搅拌摩擦增材制造技术。

搅拌摩擦增材制造技术基于搅拌摩擦焊的原理发展而来，该工艺无需高能热源或气体保护，可使用板材、旋转棒料和粉末规格的材料。通过搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向压力使材料连接在一起。

由于成形过程中不存在金属的熔化/凝固过程，因此不会产生与熔化相关的热裂纹、气孔等冶金缺陷。同时，由于成形温度低且发生在材料内部，不会受外界影响造成材料氧化等问题，生产过程可在露天环境中进行，所制造的部件尺寸显著增加。

该工艺特别适用于制造铝合金大型构件，且具有高沉积速率。美国Meld Manufacturing公司已使用该工艺在大型卡车和国防装甲车辆的维修中获得应用。

第九类，建筑3D打印技术。

建筑3D打印技术是一种创新的房屋智能建造技术，集成了计算机图形学、机械零件设计制作、装配工艺、自动化控制、精密数控、混凝土材料、流体力学等多学科交叉技术。该技术具有高效率、免模板、省人力、节省材料、低碳环保等优点。

2019年底，美国海军陆战队成员使用快干混凝土3D打印了一个足够大的掩体，以隐藏车载多管火箭发射器系统。美国陆军工程兵团也开发了可部署的3D打印机，能够快速创建抗弹片混凝土结构，如建筑物、小桥、掩体和门楼。

第十类，则是冷喷涂3D打印技术。

冷喷涂增材制造技术是一种基于高速粒子固态沉积的涂层制备方法。喷涂粒子在固态下碰撞基体，经过剧烈的塑性变形而沉积形成涂层，同时对基体不产生热影响，可作为近净成形技术直接喷涂制备块材和零部件。

2022年，澳大利亚金属3D打印机制造商SPEE3D被美国海军选中，其“MAINTENEX”维护技术参与演习。作为该计划的一部分，SPEE3D的系统在美国海军2022年ANTX海岸三叉戟技术演示期间部署在港口和海上。美国武装部队部门旨在评估该金属3D打印技术的潜力，作为舰艇战斗损伤维修的一种手段，并减少对面临中断风险的传统供应链的依赖。

SPEE3D开发的机器能够生产尺寸达1000mmx700mm、重量达40kg的零件，速度是传统金属3D打印机的100到1000倍。冷喷涂技术已经证明能够满足军事需求，即在现场生产备件。澳大利亚陆军是SPEE3D系统在此类应用中最广泛的用户，一系列成功的3D打印试验表明该技术对国防应用具有巨大潜力。2023年7月，美国空军还授予了Phase3D公司一份价值125万美元的冷喷涂增材制造合同。

3D打印技术在军事上应用如此广泛，其实是不是已经偏离了初衷？

早在之前，美国陆军、美国宇航局和阿拉巴马大学亨茨维尔分校就已宣布合作，旨在探索和推广新兴的3D打印技术。这就意味着美国军方将开始3D打印武器了。

这些已经不是美国军方第一次涉足 3D打印领域，而该合作有可能是技术武器化的最强烈的迹象，这是他们真正想要的一项高价值的新技术。

自3D打印革命开始以来，我们已意识到这项技术将任何想象变为现实的可能性。这是一个令人兴奋的想法，推动了3D打印领域的许多最激动人心的进步。

我们可能无法阻止军队使用 3D 打印（或任何其他技术）来制造枪支、无人机或炸弹，这是不可避免的现实，但我们认为 3D 打印让世界变得更美好的希望仍然存在。