美國海軍推廣3D打印項目“Print the Fleet”
“當(dāng)先進制造與3D打印被廣泛使用時，我們設(shè)想建立一個全球性的加工車間網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)過技能培訓(xùn)的水手們可以發(fā)現(xiàn)問題并進行維修，甚至制造產(chǎn)品。”美國海軍作戰(zhàn)部副主任、負責(zé)管理艦隊?wèi)?zhàn)備和后勤的海軍中將 Phil Cullom說。
在美國弗吉尼亞海灘， Dam Neck上一座不起眼的建筑，就是美國海軍著名研究機構(gòu)HEL的入口，所謂HEL當(dāng)然不是指的地獄，而是Harsh Environment Lab的簡稱。海軍的科學(xué)家和工程師們就是在這里開發(fā)各種尖端技術(shù)，包括3D打印。
在HEL進行研究，標準著3D打印（也被成為增才制造）進入了美國海軍的第一研究序列。官員們希望該技術(shù)有一天可用于即時打印零部件，甚至制造先進的武器裝備，如無人機等。
在HEL，大部分的3D打印研究工作圍繞著聚合物材料進行。兩臺3D打印機安裝在研究現(xiàn)場，已經(jīng)打印了一些塑料帽和醫(yī)療用品，Jim Lambeth說。他是Dam Neck作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)增材制造的負責(zé)人。
他們目前所做的工作都是海軍“Print the Fleet（打印艦隊）”項目努力的一部分，該項目致力于向海軍水手介紹3D打印知識，并尋找3D打印的創(chuàng)新性應(yīng)用。
“這個項目的真正目的是開發(fā)3D打印零部件的程序和規(guī)則，比如如何檢驗部件質(zhì)量、如何運輸零部件，以及如何使用這些3D打印機等。”Lambeth 說。
Print he Fleet項目是由海軍作戰(zhàn)部主任“快速創(chuàng)新單元”（CRIC）發(fā)起的——這是一群由初、中級軍官組成的組織，主要任務(wù)是幫助識別和應(yīng)用新興技術(shù)。 上尉 Ben Kohlmann是Print the Fleet的項目經(jīng)理和CRIC的創(chuàng)始成員，從2013年的3月份就開始了這個項目。
“在以前海軍并沒有一個關(guān)于3D打印的項目辦公室或明確、特定的戰(zhàn)略。”Kohlmann說。很多單位和機構(gòu)都使用了3D打印技術(shù)，但都是臨時性的，并不協(xié)調(diào)。
“我們的目的就是帶領(lǐng)大家協(xié)調(diào)一致，形成合力，將其用于海軍前線。”他說。Print the Fleet已經(jīng)開發(fā)出了大約20個3D打印物品，其中包括3D打印油箱蓋、醫(yī)療用品以及一種跟蹤船上飛行作業(yè)的像棋盤一樣的東西。
“我們要打印出來的就是所謂的Ouija板的模型——這是兩棲攻擊艦和航空母艦上的飛行甲板模型——這可能是迄今為止最有用的3D打印物品了，因為它確實節(jié)省了很多的成本。”Kohlmann 說。“一組Ouija板模型市場價介于8000至10000美元之間......而3D打印的話只需300到400美元，還可以根據(jù)要對它進行修改。”這些3D打印物品的創(chuàng)意主要來自水手，Kohlmann說。
今年六月份，一些企業(yè)成員、軍人和記者被邀請到CDSA Dam Neck參加首次Print the Fleet創(chuàng)客活動，在那里，參觀者親眼看到了海軍致力于3D打印技術(shù)成熟應(yīng)用的努力。我們計劃今后還舉辦類似的活動，Lambeth說。
目前，Print the Fleet主要使用的是基于FDM的3D打印技術(shù)，在HEL已經(jīng)有了兩臺使用塑料聚合物的3D打印機。Print the Fleet同時也會與周圍Norfolk、Virginia Beach等地擁有金屬3D打印機的軍事單位進行合作。Lambeth 說。
海軍中將Cullom說，雖然海軍目前還處于增材制造應(yīng)用的開始階段，但它擁有巨大的潛力。
“我堅信，3D打印和先進制造技術(shù)將成為我們未來后勤維護和物流支持的突破性技術(shù)。我們可以獲得新的能力，可以隨時快速維修、打印工具和零部件，而不必攜帶更多的備件，這將最終改變我們的海上維修及物流供應(yīng)鏈。”Cullom說。
美國海軍目前正在擬定關(guān)于增才制造的官方正式的戰(zhàn)略和愿景，F(xiàn)rank Futcher上尉說。他是海軍業(yè)務(wù)辦公室主任。這一愿景將包括海軍在未來20至30年內(nèi)的長期目標，他說。
Futcher預(yù)計將于2015年公布愿景，相應(yīng)的戰(zhàn)略也將隨后公布，但具體的日期還沒有確定，F(xiàn)utcher說。
2013年11月，美國海軍作戰(zhàn)部長，海軍上將 Jonathan Greenert宣布OPNAV N4計劃，艦隊?wèi)?zhàn)備和后勤辦公室將從2015年開始，接替海軍作戰(zhàn)發(fā)展中心，成為Print the Fleet的直接管理機構(gòu)。。
“當(dāng)時，海軍作戰(zhàn)部長并沒有明確任命他的工作人員去真正監(jiān)督（增材制造）。”Futcher說。“他找人來核實報告，然后試著看看這項新技術(shù)的能力。他是從更高層次的角度，從戰(zhàn)略的高度來看的。”
在此之前，各個軍事單位和作戰(zhàn)中心各自進行自己的3D打印應(yīng)用研究。現(xiàn)在，隨著OPNAV N4監(jiān)督Print the Fleet項目的努力，海軍可以看到一些長期的3D打印項目，并吸取它們的經(jīng)驗教訓(xùn)。
Futcher說，目前在海軍共有60個不同的增才制造相關(guān)的項目，Print the Fleet將會統(tǒng)籌管理這些項目。
下一步將延伸到其它服務(wù)部門、國防部和政府，他說。
目前3D打印已經(jīng)在海軍內(nèi)部被用于工具、模具制造和原型。Futcher設(shè)想將來3D打印機還可以制造更大的對象，比如制造直升機轉(zhuǎn)子或飛機機翼。不過這種制造可不是分別制作出成千上萬的零部件然后在組織，而是一次打印出一個完整的記憶，F(xiàn)utcher說。3D打印機甚至可以被用來制造無人機，他說。
“如果往后看10到20年，我認為3D打印微型無人機完全可能。”Futcher說。他們一開始會打印簡單點的，但最終打印對象會變得越來越復(fù)雜。
4D打印也在美國海軍的考慮之中。利用納米技術(shù)、機器人技術(shù)和增才制造，科學(xué)家們正在試圖打印出能夠?qū)Νh(huán)境變化做出反應(yīng)的對象，F(xiàn)utcher說。Dave Barrett是美國海軍業(yè)務(wù)運營支持辦公室的項目分析師和OPNAV增材制造項目的首席執(zhí)行人員。他說，4D打印技術(shù)具有“巨大的軍事用途前景。”例如，飛機上的4D打印機翼根據(jù)空氣中的紊流變化改變其形狀，以更好地保持穩(wěn)定的飛行。Barrett說。
這種技術(shù)正處于起步階段，他說。而3D打印技術(shù)則相對更為成熟。
今年早些時候，Stratasys公司的uPrint打印機登上了Essex兩棲攻擊艦，當(dāng)時它正在停靠維修。
uPrint是一種使用熱塑性塑料的高端桌面3D打印機。Lambeth說，3D打印機已成功安裝并打印出來幾個零部件。
他說，水手們很快就掌握了3D打印機的操作，但在使用CAD軟件方面經(jīng)常會遇到麻煩。
“在未來，我們可以在陸上的進行工程設(shè)計，制作出可打印的CAD模型，他們只需要在船上把它打印出來就行了。”他說。
Lambeth說，Essex近日將進行海上試航，看看移動船只上的環(huán)境條件——比如濕度或重力——變化是否會影響到3D打印機。航行過程中工程師會打印零部件并進行測試，主要測試零部件強度和質(zhì)量。
通過像Print the Fleet這樣的項目，美國海軍的目標之一是讓水手們更好地了解如何使用3D打印。今年八月，海軍大西洋水面部隊指揮官在Norfolk 與Print the Fleet聯(lián)合舉行了一次研討會。這次會議邀請了一些專家，并展示了一些3D打印項目，主要目的是向一線作業(yè)的水手們介紹3D打印能夠做到什么，以及水手們?nèi)绾卧诠ぷ髦惺褂盟?/span>
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