科技界有句俗語：「剛上市的產品其實已經落伍了」，很好地反映了日新月異的科技變化。那麼，我們該如何拉近技術研究與生產的時間線呢？最重要的一點便是加速生產流程，3D列印因應時代誕生，將徹底改變從民生生活，到軍事前沿科技。

什麼是3D列印?
3D列印技術發展已久，在30年前便已有雛型。3D列印簡單來說，就是利用電腦設計的3D模型來創造真實的物體。3D列印的主要原理是透過雷射加熱液態或是固態材料，並將其快速冷卻，一層層硬化後製成立體模型。比起傳統的開模製造，3D列印能有效節省成品生產的時間，對於要少量製作的人更具有成本效益。
熔融沉積成型列印（FDM）3D列印技術。（圖片來源:Pikist）

市面上常見的 3D 列印技術包含，FDM（熱熔融層積）、SLA（光固化）和 SLS（雷射粉末燒結）等等。但實際上，美國材料試驗協會（ASTM）一共將3D列印技術分成七種：
  • 材料擠製成型：FDM、FFF
  • 光固化技術：SLA、DLP
  • 粉體熔融成型技術：SLS、SLM
  • 黏著劑噴膠成型：Binder Jetting
  • 材料噴塗成型：Material Jetting
  • 疊層製造成型：LOM
  • 指向性能量沉積技術：LENS、EBM
每種3D列印技術都有著不同優缺點，因應不同考量，我們可以選擇不同方式。例如，當要製作大型金屬零件時，使用黏著劑噴膠成型製作模具，可以有效達到成本的控管；要製作精美藝術品時，材料噴塗成型可能是不錯的選擇。

3D列印製造的耳塞。來源:  Jidian Manufacturing

3D列印將顛覆軍事領域
前面提到，3D列印最大的價值就在於「快」，因此對於對於促進從製造系統零件，到超音速武器的開發，可謂是「遊戲改變者」一般的存在。增材製造是指使用數據驅動的自動化逐層添加材料以形成產品；與依靠去除材料來形成產品的傳統加工方式截然不同。而增材製造的快速發展，也加速了新型軍事系統的發展。3D列印技術利用雷射熔化耐高溫金屬，可以製造出更堅固、更耐用且形狀更複雜的軍用零件。

波音公司利用3D列印生產阿帕契直升機零件
去年，波音公司和美國ASTRO America團隊使用位於伊利諾依州羅克島兵工廠，目前世界上最大的3D印表機，成功製造出第一個利用3D列印技術製造出的主旋翼連桿組件。傳統上，利用鍛造生成主旋翼連桿組件的交付期為一年；而使用3D列印便只需耗費45分鐘來沉積 6,000系列鋁材，在8小時內便能完成列印製程。

一架美國陸軍 AH-64 阿帕契攻擊直升機在阿富汗巴格拉姆空軍基地上空飛行。 （技術軍士馬特·赫克特/美國國防部）

波音全球服務公司工程設計主管兼增材製造專家 Andy Pfeiffer表示，傳統鍛造更利於大量生產的耗材；但如果只是考慮維修用的零件，增材製造的3D列印技術無疑將大幅縮短維修時間。

超高音速武器
對於超高音速武器來說，3D列印將發揮巨大作用。
超燃沖壓引擎推進系統是超高音速武器技術的核心，需要複雜的腔室結構。這種腔室結構以傳統的焊接、鍛造非常難以製造，且製造完後還需要進行一系列的測試。然而，對於3D列印來說，增材製造能快速製造耐高溫金屬零件，且無需焊接頭，自然也免除了測試的必要性，能精準地製造引擎內複雜的腔室。
儘管現在超高音速武器的開發仍處於原型製作階段，但隨著3D列印技術的不斷進步，將無限縮短研發的時程。

3D列印醫療防護裝備

美國空軍參謀人員Maximilion Estrada在加利福尼亞州特拉維斯空軍基地組裝面罩（美國空軍）
 
2020年正值疫情爆發之際，特拉維斯空軍基地實驗室嘗試利用3D列印技術來生產醫療設備，尤其是當時短缺的N95口罩。研究室內有四台儀器，分別生產口罩頭帶與面罩部分，一天產量約為15至30個口罩。該N95口罩以捷克 3D 列印愛好者 Josef Prusa 製作的模板進行改良，能更牢固地貼合臉部，並能去除塑膠面罩部分進行消毒。

當時，包括特拉維斯空軍基地在內，德州古德費洛空軍基地、內華達州內利斯空軍基地、阿拉斯加艾爾森空軍基地和德拉瓦州多佛空軍基地等地也正在進行類似的口罩和防護罩製造工作。

第60 維修中隊飛機金屬技術員Robert Lee Prankard)正在監視水射流切割舊飛機材料以製造面罩零件的過程。（美國空軍）

3D列印還未「完全實現」
將近四年多的疫情時代，造成了各個產業停擺，大大影響了供應鏈的運作，許多船隻、潛艇與航空母艦的生產都遠遠落後於計畫。3D列印無疑在很大程度上所短了製程的時間，但目前整個五角大廈對於3D列印零件的生產流程仍處於過渡階段。

在馬裡蘭州海空天會議上，美國海軍展位上展示了增材製造製造的零件。https://www.defensenews.com/industry/techwatch/2024/04/10/why-the-pentagons-use-of-3d-printing-is-not-quite-there-yet/
 
首先，軍隊仍需要向企業發出明確訊號，增加供應商的來源。第二，便是簡化五角大廈購買3D列印材料的流程。最後，也是重中之重，便是消弭實驗室設計材料與現場測試的差距。目前，不論是海軍、陸軍抑或者空軍都正積極進行3D列印零件的安全性，加速批准流程，甚至是在航空母艦、潛艇或飛機上安裝印表機，解決零件需求的急迫與不確定性。
海軍海洋系統司令部增材製造項目經理James Pluta表示，在未來的一兩年內，我們將開始看到人們對3D列印零件的信任水準有所提高。

海軍部長卡洛斯·德爾·托羅參觀海軍增材製造卓越中心設施。 （美國海軍）
 

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