現在 3D 列印技術應用範圍廣泛,不僅可用在建築、醫療、藝術等產業上,也能用來支持國防產業。

在戰場上,軍事行動依賴源源不絕的物資,但是對海軍來說,要如何在海上補充物資是一大難題,因此利用 3D 列印技術生產零件成了選項。在現場生產需要的零件,比起運補,成本、風險顯然較低。像是美國海軍就在軍艦上放了一台液態金屬 3D 印表機,用來製造海上可能需要的金屬零件,以供緊急維修。

美國海軍利用 3D 印表機製造金屬零件

今年 7 月,美國海軍在黃蜂級兩棲攻擊艦第 2 號艦(USS Essex LHD-2)上安裝了一台 Xerox ElemX 液態金屬印表機,成為第一艘配備 3D 金屬印表機的海軍艦艇,用來製造在船上經常損壞的相對簡單的零件,例如手輪、扳手等。 

這款名為 ElemX 的印表機是由施樂公司(Xerox)製造,寬 9 英尺,高 7 英尺,內部溫度超過 1,500 華氏度(約 815 攝氏度)。施樂液態金屬增材製造技術使用標準鋁合金焊絲,與其他金屬 3D 列印技術不同,不但不含有害金屬粉末,也無需特殊設施改造或個人防護設備即可操作機器。

且該工藝需要的後處理也較少,因此製造效率高。這種按需生產可靠替換零件的能力減少了部隊對複雜的全球供應鏈的依賴。

金屬 3D 列印技術在海上遇到的挑戰

這台液態金屬印表機遇到的挑戰來自船舶的震動,由於軍艦在海上會因風浪而不斷顛簸,可能會影響列印過程。另一個問題是船上的「氣候」,包括含鹽成分的空氣甚至鹽水。

海軍研究生院機械和航空航天工程系副教授 I. Emre Gunduz 解釋說:「鋁非常耐氧化和腐蝕,在海洋環境中,這是一個非常重要的因素。」為了應對美國海軍軍艦遇到的各種海況和環境挑戰,ElemX 被安裝在工業集裝箱中,受到加固和保護。

船艦上的團隊設計和 3D 列印艦載物品,並向海軍研究生院和太平洋海軍水面部隊指揮官提供反饋。

台灣是否也能將 3D 列印技術應用在軍事領域上?

除了美軍,還有許多國家將 3D 列印技術應用在軍事領域上。據《科技大觀園》,中國陸軍利用 3D 列印機的方式更為全面,小至正規零件,大至作戰地圖。以色列空軍以 3D 列印機生產的塑膠零件,強度媲美鋁質零件,使老舊的飛機繼續值勤。美國還向澳洲、英國、法國軍方鼓吹 3D 列印技術,以加強盟邦的軍事補給能力。

據《中央社》,2020 年,台灣國防安全研究院在國防安全研究週報「國軍後勤維修 3D 列印之應用評估」中指出,法國曾以 3D 列印生產零件裝備於航空母艦的戰機,而台灣部分軍備面臨相關零附件出現斷貨的「消失性商源」等後勤維修問題,法軍經驗可供台灣借鏡參考。

國防院表示,3D 列印能有效提升後勤維修效率,特別是減輕等待時間過長的問題,據法國陸軍估計,3D 列印應用在裝甲車輛維修上,平均能節省 15 小時。但國防院也認為,儘管 3D 列印在後勤維修上已有不錯表現,仍有許多缺陷有待克服。

在經濟上, 3D 列印設備成本仍相對昂貴,一台工業用 3D 列印機平均售價超過 1 萬美元,不易在各單位普及化。在技術上, 3D 列印所生產的零組件與傳統工法相比,在品質認證標準上仍有所不足,除尚未制定檢驗標準外,長時間使用的穩定性也有待強化,尚無法應用在關鍵核心組件上。

不過,可以肯定的是,多國都已經在軍事領域上應用 3D 列印技術,台灣或許也可以多加思考如何應用這項技術來支持國防。

(本文提供合作夥伴轉載,參考資料:popscixerox中央社,圖片來源:xerox。)