2015年4D打印技術(shù)軍事應(yīng)用前景分析

　　3D打印技術(shù)正方興未艾，4D打印已經(jīng)走入現(xiàn)實(shí)。電影《變形金剛》中，一輛汽車瞬間變換成為巨型機(jī)器人的場(chǎng)景令人驚嘆，借助4D打印技術(shù)，這一科學(xué)幻想有可能在不遠(yuǎn)的將來實(shí)現(xiàn)。2013年2月在洛杉磯TED年會(huì)上，美國麻省理工學(xué)院研究員Skylar Tabbis將一根含有吸水性智能材料的復(fù)合材料管放入水中后，這根管子自動(dòng)扭曲變形，最后顯示為一個(gè)“MIT”字樣的形狀。這是4D打印技術(shù)的首次公開展示，在全世界引起了轟動(dòng)性影響。

　　4D打印技術(shù)是對(duì)3D技術(shù)的改進(jìn)完善。3D打印技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。與3D打印相比，4D打印技術(shù)增加了一個(gè)維度“變化”，其核心技術(shù)是材料自組裝，即在3D打印過程中在預(yù)先設(shè)定的部位置入某些智能材料，打印完成后將產(chǎn)品放在特定的環(huán)境中，智能材料在外界環(huán)境的作用下發(fā)生物理或化學(xué)變化，導(dǎo)致產(chǎn)品整體形狀、強(qiáng)度等要素發(fā)生變化。

　　如今，4D打印技術(shù)在經(jīng)濟(jì)生活中的廣闊應(yīng)用吸引了大量研究，在軍事領(lǐng)域中也存在巨大的潛在應(yīng)用前景。

　　一是打通武器裝備制造到使用的鏈路 4D打印技術(shù)將顛覆武器裝備傳統(tǒng)的制造—部署—使用—報(bào)廢的流程，可能使之優(yōu)化為半成品制造—部署—現(xiàn)場(chǎng)塑造—使用—回收—再部署。武器裝備將可以在部署現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)周圍環(huán)境和作戰(zhàn)目標(biāo)的不同，優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，快速塑造成型，甚至實(shí)現(xiàn)環(huán)境自適應(yīng)，從而大大提高武器裝備的環(huán)境適應(yīng)能力和作戰(zhàn)效能。例如，通過 4D打印技術(shù)有可能實(shí)現(xiàn)根據(jù)外界光照的變化自動(dòng)變換形狀和顏色的偽裝網(wǎng)，與周圍地貌融為一體，提升偽裝效果。

　　二是促進(jìn)大型裝備構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)制造 盡管3D打印前景廣闊，但是受限于3D打印機(jī)的尺寸，目前還只能實(shí)現(xiàn)中小尺寸材料構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)打印制造。利用4D打印技術(shù)，可以預(yù)先設(shè)計(jì)大型結(jié)構(gòu)的折疊狀態(tài)，以及展開所需的關(guān)鍵部位和敏感材料，然后利用3D打印機(jī)打印出半成品，通過特殊的物理場(chǎng)控制實(shí)現(xiàn)成品的自動(dòng)展開。典型的應(yīng)用是衛(wèi)星太陽能帆板和天線等大型結(jié)構(gòu)的空間自組裝，將大大減少所需的機(jī)械部件數(shù)量和重量，降低衛(wèi)星發(fā)射所需的體積和重量。

　　三是推動(dòng)微小型軍用機(jī)器人的發(fā)展 微小型機(jī)器人將在未來戰(zhàn)場(chǎng)執(zhí)行大量偵察或打擊任務(wù)，體積、重量和能耗很大程度上與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與變形所需的齒輪、鏈條等機(jī)械部件有關(guān)。4D打印技術(shù)將為微小型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與變形提供新的技術(shù)路線，通過敏感材料的精確設(shè)計(jì)和控制有望取代齒輪等傳統(tǒng)機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，從而顯著減小機(jī)器人的重量和能耗需求。

　　四是變革軍事后勤保障流程 通過4D打印技術(shù)，可將更多武器裝備制造成折疊狀態(tài)，減小裝備體積，方便遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)，減少長途運(yùn)輸中可能發(fā)生的不必要損壞。4D打印出的半成品將有更強(qiáng)的可塑造能力和環(huán)境適應(yīng)能力，也有望減少裝備器材的種類和庫存數(shù)量，提高后勤效率，發(fā)揮更強(qiáng)的作戰(zhàn)效能。