運用3D打印技術提升裝備保障訓練水平

作者：蔣北、馮兆軒

技術引領變革，變革推動發(fā)展。在裝備保障訓練領域，盯住前沿，加強融合，積極有為的拓展訓練方法手段，是提高訓練效能的有效途徑。當前，3D打印技術迅猛發(fā)展，已在各個領域取得豐碩成果，引入裝備保障訓練領域，將成為提升裝備保障能力新的增長點。

一、3D打印技術的成熟，為裝備保障訓練提供了技術支撐
3D打印技術又稱積層制造，屬于快速成型技術的一種，它是一種數學模型為基礎直接制造幾乎任意形狀三維實體的技術。經過近20年發(fā)展，從打印材料到打印設備已趨于成熟，生產制造的成本逐步降低，為部隊裝備保障訓練引入該項新技術提供了具有應用可行性的技術基礎。

（一）應用廣泛，可滿足不同領域需求
當前，3D打印技術在工業(yè)設計、建筑、汽車、航空航天、醫(yī)療產業(yè)及食品工業(yè)等領域都有成熟的應用。2014年7月1日，美國海軍試驗了利用3D打印等制造技術快速制造艦艇零件；2015年4月21日，美國國家航空航天局（NASA），利用3D打印技術制造首個全尺寸銅合金火箭發(fā)動機零件以節(jié)約成本；2016年4月19日中科院重慶綠色智能技術研究院和中科院空間應用中心研制成功國內首臺空間在軌3D打印機，可以幫助宇航員在失重環(huán)境下自制所需的零件，大幅提高空間站實驗的靈活性，減少空間站備品備件的種類與數量和運營成本，降低空間站對地面補給的依賴性。這些成功的案例均應用在國家安全戰(zhàn)略方面，充分表明3D打印技術已經從簡單的模型制作到高精尖的裝備零部件制造全部實現可能，也為我們裝備保障訓練全部實現模型化、精準化、透明化奠定了技術基礎。

（二）取材方便，可根據實際控制成本
目前市場成熟的打印材料主要有SL工藝成型材料、SLS工藝成型材料、SLS工藝成型材料、LOM工藝成型材料、FDM工藝材料、3DP工藝材料等。涵蓋了樹脂、塑料、陶瓷、金屬等不同材質材料，應用取材廣泛，設計選擇空間大。在實際應用中，按照經濟耐用、滿足最低限度使用標準，結合成本、外觀、細節(jié)、力學性能、機械性能、化學穩(wěn)固性以及特殊應用環(huán)境等因素，選擇合適的材料種類。如在識件認件訓練上，對模型精度和強度要求不高，采用工業(yè)ABS材料，可進行機械加工(鉆孔、攻螺紋)、噴漆及電鍍。
在工作原理訓練上，需要演示各機械部件之間的配合關系，對零配件精度、光澤度等要求較高，采用Somos 11122材料為半透明材質。

在操作、故障排除訓練上，重點在練習裝備的分解結合，對模型的強度和精度要求較高，采用聚醚醚酮(PEEK)材料，具有非常好的尺寸穩(wěn)定性,可以降低尺寸公差,是制作高質量高精度的佼佼者。通過針對不同訓練目標，選擇不同材料，可有效節(jié)約成本，提高訓練實效。

（三）人才支撐，可實現技術轉化應用
3D打印一個重要前提是建立打印模型，數字模型文件是實現3D打印的基礎，是獲得制作裝備零（部）件的第一步。而達到這一目的的三個重要要素，即建模人才、建模軟件、建模硬件。隨著國防建設的強大和發(fā)展，國民的國防意識不斷加強，攜筆從戎，立志國防建功立業(yè)的優(yōu)秀大學生、研究生等人才聚集在軍隊各個層級，部隊不泛建模的技術人才。在建模軟件方面，3DMax、Maya等成熟的三維開發(fā)軟件是主流，而且對現有計算機開發(fā)環(huán)境要求不高。在建模硬件方面，目前部隊現有主流計算機均可承擔建模任務。同時，在模型素材的獲取方面，可以根據對模型精度要求的不同，依照裝備技術圖紙、裝備照片和分解的零（部）件等實物按比例建立所需模型。通過基本培訓，部隊現有人員即可掌握，可行性較高。

二、3D打印技術的引進，為裝備保障訓練豐富了技術手段
隨著軍隊武器裝備的更新發(fā)展，特別是近幾年部隊改革力度前所未有，高新裝備列裝部隊如同下“餃子”般的速度。盡快形成武器裝備“兩成兩力”，對裝備的保障訓練提出了更高要的要求和標準。裝備保障訓練必須與時俱進，加快裝備保障能力生成。

（一）手段先進，適應了訓練變革和發(fā)展
縱觀3D打印技術，它具有研制周期短、不受制造工藝限制、節(jié)省材料和分布式生產的特點。將3D打印技術引入裝備保障訓練領域，能夠有效的解決諸多制約裝備保障訓練的棘手問題。能有效地提高裝備保障訓練的保障性。隨著強軍計劃的實施，武器裝備更新速度的不斷加快，裝備的類型、品種、數量發(fā)生了空前的變化，而與之配套的相關訓練保障一定程度還難已滿足需要，短期還難有效解決。采用3D打印，可隨時制作、復制各類型裝備零部件模型，供教學使用。能有效地預防對現役裝備的損傷。目前我軍還沒有專門用于裝備保障訓練的專用裝備，基本上都是在部隊現有實裝上進行，有些訓練內容，特別是對高新技術裝備更多的是“望裝訓練”，很難進行實裝拆解�？衫�用3D打印技術整體制作裝備某一總成模型，避免反復在實裝上操作，降低裝備性能。能有效地使保障訓練更接近真實。通過分析裝備“戰(zhàn)損”機理，自設自建裝備損傷數字模型，再現真實損傷現象，使保障訓練人員沉進在“實戰(zhàn)”。增強裝備保障訓練效果，提高訓練效益。

（二）形象直觀，提高了訓練效益和質量
3D打印模型，是看得見、摸得著的實實在在物體�？筛鶕�訓練需要生產各式各樣的裝備零（部）件，構建裝備保障訓練所需要裝備與訓練關系，有效解決“構造原理難理解、故障發(fā)生難發(fā)現、維修操作難體驗、裝備損耗難避免、維修能力難檢驗”等現實問題。一方面，可構將抽象問題具體化。通過3D打印的部件還原故障現象，再現教材和實際中訓練內容，用看得見、摸得著的方式再現故障原理，論證維修方式的科學性。另一方面，可將設想問題實物化。3D打印技術能保證隨意設置“戰(zhàn)損”裝備，把模擬實驗中驗證理論猜想和推斷，構設的模擬零（部）件，通過3D打印來實現，再現損傷現象，解決戰(zhàn)時保障與平時保障差別問題，復員“戰(zhàn)損”裝備具有復合損傷的特點，增強“實戰(zhàn)”保障感，也為有效地建立更加豐富的“戰(zhàn)損”裝備維修基礎數據庫創(chuàng)造了條件。

（三）易于掌握，增強了訓練技巧和方法
裝備保障訓練在一定程度上依賴著諸多保障條件，受裝備、場地、天候等因素影響。采用3D打印技術，可最大限度地減少空間、時間、條件等方面的限制，使裝備保障訓練更加靈活多樣。在訓練內容上，可有效地消除訓練死角，因高新尖裝備的訓練資料、裝備、零（部）件難以保障，在實裝上訓練影響裝備技戰(zhàn)術性能等治約因素得到有徹底解決。在訓練方法上，增加練兵興趣和主動性，通過千變萬化的部件模型，使訓練人員感覺在“玩玩具”中就得到了實練，寓教娛樂，提高訓練效果。在訓練形式上，自訓、集中、編組形式多樣，通過修改模型的數據文件，自建自設，模型比例和材質均可以自行選擇，甚至可以選擇真實比例和真實材料制作三維模型，使裝備保障訓練內容和形式更加豐富，滿足各種條件、環(huán)境、人員的需要。

三、3D打印技術的應用，為裝備保障訓練解決了技術難點
先進的訓練手段呈現出多樣性和靈活性，對于提高軍事訓練質量和效益起到了很好的促進作用。3D打印技術的有效應用，是對現有裝備保障訓練的手段極大豐富和完善，可有效解決裝備“保障性”弱等現實問題。



（一）注重應用在關鍵節(jié)點上
隨著部隊轉型發(fā)展，裝備進行了大幅度更新，但在裝備的保障性上還存在著不配套，跟不上新裝備列裝的節(jié)奏，一定程度上影響部著隊裝備保障訓練。面對實際，要好鋼用在刀刃，選擇好合適的訓練手段，將對保障訓練起到事半功倍的作用。因此，3D打印用技術要用在訓練重點內容上，用在裝備重點部件上，用在系統(tǒng)核心部位上。同時，要注重打印材料性能數據的收集整理，按裝備保障訓練實際需求，對材料性能進行分析和選取，使材料選擇更科學合理，減少浪費，節(jié)省成本。對于對裝備保障訓練涉及到的重要系統(tǒng)和部件，特別是在缺少實物或模型的條件下，要以解決訓練難點，提高訓練效益為主要目的，在突破經濟成本基礎上，獲取最大的訓練效益，實現部隊裝備戰(zhàn)斗力和保障力的提高。


（二）注重把握真實準確性
3D打印系統(tǒng)在一定程度上就是一座移動的兵工廠、訓練器材庫，只要使用得當，就能保證裝備保障訓練所需部件的制作。選擇模型和打印材質要堅持以訓練效果為牽引，處理好訓練模型與實裝實件相匹配的矛盾，在保證訓練實效基礎上，還要考慮節(jié)約開發(fā)、維護成本。在模型與實物的比例、準確、完整等問題的選擇上，堅持“整體小比例，局部大比例”的原則，對于主要體現裝配關系的總成、操作流程等訓練內容，以小比例為主，重點在強化操作步驟，熟悉構造，打好基礎；對于工作原理復雜、故障率高，難于理解，傳統(tǒng)訓練方式效果不好的訓練內容，以大比例為主，重點在把握細節(jié)，掌握實質，提升理論和實踐操作水平。


（三）注重與現有手段配套

統(tǒng)合好現有訓練資源，發(fā)揮各自優(yōu)勢，形成相互補充、相互配合、相互呼應的有機整體，極大地豐富裝備保障訓練手段，提高訓練質量效益。當前部隊模擬訓練的普及，虛擬現實技術的應用，促進軍事訓練質量和效益。3D打印技術引入裝備保障訓練之中，不僅是增加了先進的裝備保障訓練方式方法，更是對模擬訓練和虛擬訓練的完善和補充，將從空間視覺、觸覺場景走進實物現場，實現了從感知到實物的轉換。在實際訓練中，3D打印可以直接應用虛擬系統(tǒng)中現有的三維數字模型文件，將虛擬世界中的裝備、工具、器材等在現實世界重新塑造，變?yōu)榭吹靡�、摸得到的實物，體驗更真實，感觀認識更具體，對理解原理內容、熟悉操作過程、掌握維修方法都具有較大的現實意義。

（四）注重加強統(tǒng)籌整合
制約3D打印技術在訓練方面應用最大的問題應是成本問題。設備、軟件和材料都需要成本投入，如果投入過大，基層部隊難以推廣，將降低可行性。當前市場上的3D打印機品種類型眾多，價格從千元到幾十萬元不等，打印耗材根據不同材料其價格相差也很大。要區(qū)分任務逐級投入。把3D打印技術作為一個系統(tǒng)工程，區(qū)分層級，完成相應裝備訓練的保障。如在戰(zhàn)區(qū)、集團軍和旅團部隊，要分級購置3D設備、打印材料和經費保障，減少基層部隊的保障壓力。要依據任務重點保障。根據部隊的任務特點、裝備特點和訓練需求，對一線任務部隊和新轉型部隊、對高新裝備和復雜技術裝備要加大投入力度，采取上級支援建設和自建相結合方式，按實際運行模式建立相應的保障制度，確保裝備保障訓練的效益。要統(tǒng)合系統(tǒng)成果共享。各層級都要做好統(tǒng)的文章，在運用3D打印技術上，實現系統(tǒng)內共享技術開發(fā)和成果運用，走保障訓練捷徑，減少層層投入和重復開發(fā)，提高訓練效益。

四、結語
3D打印技術應用于裝備保障訓練具有重大意義，是解決現有裝備保障訓練瓶頸的有效抓手。部隊應根據所編配的裝備特點，綜合效益、成本等因素，統(tǒng)籌好現有訓練資源，將3D打印技術應用在重點、難點訓練內容上、系統(tǒng)核心部件上，獲取最大的訓練效益，實現部隊裝備作戰(zhàn)能力和保障能力的提升。

作者：蔣北、馮兆軒
來源：國防高科技在線、忠誠號