3D打印（3D Printing）是增材制造(Additive Manufacturing)的主要实现方式，其原理与传统打印机类似，只不过其打印消耗材料不是墨粉，而是需要根据产品的不同，选用多种高技术的新材料和不同类型的“打印头”来快速“打印”出最终产品或零部件。 3D打印技术是典型的军民两用技术，其应用领域十分广泛，包括：航空航天、武器装备、工业设计与制造、模具、医疗以及时装、电影、建筑、创意设计等多个不同的行业。近年来，3D打印在航空航天等军工领域的应用发展十分迅速，成为制造技术的热点，并受到广泛关注和重视。
2012年3月，为重振美国经济和美国制造，美国总统奥巴马提出建设全美制造业创新网络计划，并在国情咨文演讲中强调了3D打印技术的重要性，赋予其制造业复兴的重任。美国《时代周刊》将3D打印产业列为“2012年美国十大增长最快的工业”。美国国防部和商务部共同组建了国家3D打印创新机构，大力促进该项技术的研发及其在武器装备的快速设计制造和维修中的应用。
在我国，国家科技部于2013年公布《国家高技术研究发展计划（863计划）》和《国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》中，备受关注的3D 打印产业首次入选；工信部发布的《信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018年）》中，也包含了3D打印技术内容。这充分显示了国家层面的重视程度。
根据技术成熟度及发展情况预测，未来2～5年3D 打印技术将到达生产力成熟期，并在军工制造领域得
到广泛的应用。
一、3D打印技术的特点与原理
3D打印技术的本质，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合的材料，通过逐层堆积融合的方式来构造物体。其过程是从CAD三维模型生成的STL文件（立体光刻文件格式）中读取每一层数据，作为打印成型过程中的一个步骤，CAM系统根据所使用的材料、成型路径和制造参数通过3D打印头执行制造过程。 3D打印技术推动了制造业，至少是零部件制造业的变革，是对传统制造工艺的一种全新补充和完善。其与传统制造方式特点的不同见表1。
表1 3D打印与传统制造方式的比较
目前的3D打印技术主要有以下几种类型：
1.熔融沉积成型（FDM）
热塑性材料按照CAD文件中定义的刀具路径，被逐步液化并通过挤压头沉积在对应位置，从喷嘴挤出后的材料会立即硬化，最终使喷出的材料形成层状结构，层厚约为0.04mm。 该技术使用的材料主要有热塑性塑料、共晶系统金属和可食用的材料，例如丙烯腈-丁二烯-
3D打印技术的发展
及在军工领域的应用
■ 蒋立新 易翔翔 邵洁
特性项目传统制造方式3D打印技术
完成方式减量制造增量制造
生产步骤按工序加工制造直接打印
模具需求需要不需要
成本高
低
（比传统工艺降低90%）
生产周期长短
生产精度完全准确需控制和检验
苯乙烯（ABS）聚合物、聚乳酸纤维（PLA）、聚碳酸酯、蜡等。
2.粉末层喷头打印（3DP）
待打印的部件由类似于喷墨头的打印头在粉末层上移过时，按照CAD数据所给出的横截面的形状用液体黏结粉末材料进行选择性的沉积，打印完一层后，新的粉末层将覆盖在该模型的顶部，并重复该过程。当模型制作完成后，未使用的粉末会被自动清除。
3.直接金属激光烧结（DMLS）
采用逐层构建的方式，使用局部聚焦激光束使金属粉末熔化“焊接”，各层的厚度通常为20μm。目前该技术使用的材料主要有17-4和15-5不锈钢、马氏体钢、钴铬、镍625和镍718、钛合金Ti6Al4V。
4.电子束熔化（EBM）
从三维CAD模型中读取数据，并将金属粉末材料放到连续层上，利用计算机控制的高真空中的电子束使这些层熔化在一起而建立部件。一般在700～1000℃的高温下操作，打印的层厚范围为0.05～0.2mm。 利用该技术制造的产品非常致密且强度高。目前EBM技术使用的材料是钛合金。
雨水边沟
5.选择性激光烧结（SLS）
采用单组分或双组分的微小材料粒子，使用高功率激光（如二氧化碳激光）逐层选择性地融化表面的粉末材料，最后形成所需要的三维形状。 SLS技术可使用的材料包括聚合物材料（如尼龙或聚苯乙烯）、金属材料（如钢、钛、合金的混合物）、复合材料和绿砂等。处理过程可以是完全熔化、部分熔融或液相烧结。
6.选择性热烧结（SHS）
SHS机的工作过程与SLS机类似，不同的是，SHS机使用的是热敏打印头，而非激光打印头。热敏打印头将热量供给构建室中的热塑性粉末层，即可形成任意复杂的几何形状。其每层的厚度为0.1mm，使用的材料为热塑性粉末。
7.分层实体制造（LOM）
防御素
该技术将涂层纸、塑料或金属层压板的各个预制层先后粘在一起，并用机械或激光切割机切割成形。 LOM 技术所要求的材料类型为固体片材，如聚氯乙烯、纸、复合材料（黑金属、有金属、陶瓷）等。
8.立体光刻（SLA）
SLA技术也称为光固化技术或立体平版印刷技术，采用紫外激光扫描光致聚合的液体感光树脂层，使树脂硬化从而逐层构建三维物体。 构建完成后，部件将被浸入化学药液中，以清洗掉多余的树脂，随后在紫外线烘箱内进一步完成产品的固化。 SLA技术需要使用支撑结构，以便将部件固定在升降台上，防止其因重力或刀片的侧向压力而偏转。
9.其他3D打印技术
随着计算机技术的发展，陆续有许多新的3D打印技术出现，如数字光处理（DLP）技术，其原理与DLP投影机的技术相同，其制造过程与立体光刻（SLA）技术类似，但是由于其能生产出较高精度的产品，因此价格也贵很多。
还有与DLP类似的技术，如使用发光二极管（LED）来固化树脂的3D打印技术，采用双光子的光聚合反应实现超小型3D打印的技术，使用纸张或卡片粘在一起，然后用激光切割来实现的分层实体制造技术等。
二、国外技术发展与应用
2013年11月，美国德克萨斯州的Solid Concepts 公司用金属粉末制造并测试了世界上第一支3D打印的金属手，这支以经典的M1911为模型打印的手组成元件超过30个，包括不锈钢和一些特殊合金材料，经过50次发射测试，射击距离超过27米，与常规武器同样精准（见图1）。
静电纺丝装置
图1 Solid Concepts公司打印的M1911
手
2013年12月，Solid Concepts又为Area-I公司的737无人机模型PETRA的制造，使用选择性激光烧结（SLS）技术打印了燃料箱、副翼、操纵面、襟翼等主要组件，所生产的部件质量完美，重量减轻，并省掉了传统制造方法耗时的后处理步骤，仅副翼的制作就从原来的24天缩短到3天，最终使PETRA实现了完美的试飞测试。
图2 Area-I’ 737 无人机模型试飞
2013年8月，美国国家航空航天局NASA对用3D打印技术制作出的火箭发动机喷射器进行了成功测试。火箭发动机喷射器是火箭生产中最昂贵的组件之一，通过使用金属3D打印技术的工艺，成本能够减少70%以上，并且极大缩短开发时间。NASA还计划2014年8月将3D 打印设备送上国际空间站，帮助宇航员在零重力的情况下制造复杂零件和所需工具，修复受损的齿轮，甚至是组装纳米卫星。
深度水产欧洲宇航防务集团创新工场和欧洲光学学会使用直接金属激光烧结技术制造的钛零件替代空客A320发动机舱的铸钢铰链支架，在关键载荷位置优化金属结构布置，削减了75%的原材料重量，减少了生产、使用与回收过程中能源消耗及排放物。劳斯莱斯集团（Rolls Royce）宣布正在研发用3D打印技术更快更精准地生产喷气发动机组件。
美国田纳西州的橡树岭国家实验室（ORNL）正在进行目前最复杂的增材设计：海军研究办公室的一种双臂水下悬浮机器人。其液压组件和布线、汽缸、活塞驱动的关节、摄像头等都集成在打印的金属臂里，无需外部管道或电线；ORNL还开发了一种向热塑性颗粒中添加增强碳纤维的承力零件打印方法，可以提高强度两倍和刚度4倍，并防止了零件的冷却翘曲，利用这项技术可实现大型结构组件的生产，打印出大型无人机机翼结构。修鞋技术
美国目前F35的主承力构架还是要靠几万吨级的水压机压制成型，然后还要进行切割削制、打磨，不仅制作周期长，而且浪费了大量的原材料，大概70%左右的钛合金在加工过程中作为边角废料损耗了，将来在构件组装时还要消耗额外的连接材料，导致最终成型的构件比3D打印出来的构件重将近30%。洛克希德·马丁公司已与Sciaky公司成为合作伙伴，将使用后者以3D打印技术生产的襟副翼翼梁，实现3米长的F-35飞机机翼钛合金零部件成形，可节省至少1亿美元的成本。
图3 F-35战机的钛合金整体框仿生机器人
在军事领域，美军通过3D打印技术来减轻装备保障压力和士兵的负担。今年1月7日，美军快速装备部队（REF）将其第二个移动远征实验室（ELM）部署到战区，该实验室是一个20英尺的标准集装箱，其中装备了3D 打印机、计算机辅助铣削机、激光切割器、等离子切割器和水刀等。此外，该实验室还包含发电机、空调系统及卫星通讯设备，可通过卡车或直升机运送至任何地点，根据需要选择铝、
塑料、钢材等不同材料，快速打印出各种装备、物资或零部件，补充作战消耗，修复受损装备，从而增强美军单兵作战、战区巡逻及小型前线作战基地的可持续作战能力。
三、国内技术发展与应用
中国于2012年10月成立了中国3D打印技术产业联盟，2013年12月11日，中国3D打印研究院在南京成立。技术方面，华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构相继研发出多种系列的3D打印机，部分技术已达到世界领先水平。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0.2mm；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。
我国军工领域，已开始广泛关注3D打印技术可能带来的武器装备科研生产深层变革和影响。航空工业的应用主要集中在钛合金，铝锂合金，超高强度钢，高温合
金等材料方面，这些材料基本都是强度高，化学性质稳定，不易成型加工，传统加工工艺成本高昂的类型。通过国家863和973计划的支持，多个科研院所和大专院校参与研制，成功解决了钛合金和M100钢高温熔融后金属再结晶的材料特性问题，使我国处于该技术的国际领先地位。
2013年11月25日，C919大型客机翼身组合体综合验证项目中机身、外翼翼盒总装大部段在中航西飞成功下线，首次在国产机型上采用激光成形件加工中央翼缘条，采用铝锂合金材料加工机身蒙皮，采用20mm超厚机翼蒙皮数控喷丸成形技术、17m机翼折弯长桁加工技术等。
中航工业一飞院在国家某重点型号研制中，将全三维数字化设计技术与最新的3D打印技术相结合，在北京航空航天大学的协助下，打印出多个满足强度、刚度和使用功能要求的飞机部件。从设计到打印成型实现了流程化作业，大大缩短了研制生产周期，减少了焊接拼装程序，尤其是克服了钛金属焊接腐蚀问题，不仅加工精度满足要求，材料的强度、韧度、抗疲劳性能也完全符合设计要求，还大大节省了钛合金材料。
成飞集团已采用3D技术打印的产品对机翼涡轮叶片进行修复。
今年一月，北京航空航天大学王华明教授带领团队在中航激光公司车间里用3D打印技术制造出了4个C919大型客机机头工程样件研制所需的钛合金主风挡窗框。2013年北京科博会现场展示了北京航空航天大学团队主导的飞机钛合金大型复杂整体构件激光快速成型技术(见图4)。
图4 激光快速成型的飞机钛合金大型复杂整体构件我国第一艘航母“辽宁号”的舰载机型“歼-15”战斗机在航母上起降时，前轮几乎需要承载整个飞机重
量的一半，这对于前轮支撑脚的性能要求极高，因此歼-15与最新歼-31的前轮支撑脚都采用了以3D打印而成的钛合金构件。
中国电科集团14所使用全三维结构数字样机研制技术，成功实现了雷达产品的数字化设计和3D模型的打印制作，大幅度缩短雷达研制周期，直接节约成本近百万元。
四、今后发展与应用重点
3D打印技术的发展在今后将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面
质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的3D 打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点。
除在航空和航天领域的应用之外，3D打印在核电制造上也大有可为，随着新的核电安全要求越来越高，核电的主管道一般重8-10吨，比如现在AP1000的核电管道要求一体化成型，禁止空间曲线焊缝，整个核电制造业面临着越来越大的压力。用已有工艺，上海电气集团做AP1000的主管道，单根锻造需要一年时间，而且材料浪费大。采用融合3D打印技术的A-DM技术，制作费用可节省四分之三，材料利用率从5%～15%提高到85%～90%，生产周期缩短三分之二，能源节省60%，大大提高高端锻件的可靠性、一致性和精度。
相比航空航天产品，对于坦克装甲车辆、自行火炮等重型陆军装备而言，其零部件需要承受更严酷的使用环境和工况条件的考验，并且大多数零部件结构和生产工艺复杂，生产周期较长。积极探索3D打印技术在兵器装备零部件设计和生产的应用，将对兵器装备整体研制水平的提高起到重要推动作用，要实现这个目标，需要解决材料、打印技术等工艺条件和产品质量检验等一系列具体问题。
在我军武器装备保障和维修领域，3D打印技术的应用也具有广阔的发展前景。战场武器装备和保障装备的零部件、士兵轻型装备和头盔、地面机器人和无人飞行器等，都将是3D打印技术大显身手之处。
五、结语
3D打印对于生产结构复杂、材料昂贵、传统工艺实现难度大的产品，有着成本低、流程简单、重复性好、实现周期短的优势。但是其本身也有一些局限性，如目前的金属3D打印构件都不能直接形成符合要求的零件表面，必须经过表面机械加工才能作为最终使用的零件，由于复杂管路和腔体的内表面形成后难以再进行机械加
工，因此管路流动效率等方面不一定能满足实际需要；此外，对于一些有特殊机械性能要求（如弹簧、紧固件）或表面光洁度要求较高的产品，3D打印产品的质量和可靠性还有待改善和验证。因此，3D打印并不是对等材和减材制造工艺的颠覆，而是对传统技术的提升、改造和补充完善。有了3D打印后，一些超大超复杂的产品制造成为可能，这也拓展了设计师们的产品设计选择空间。作为一种变革性的制造新技术，其发展潜力巨大。
伴随3D打印技术的高速发展和成熟应用，其在军事装备设计生产中的应用，将会从本质上极大提升军事装
今年六月，美国情报机构雇员斯诺登向媒体披露“棱镜”情报监控项目，这一事件的发生，让世界知道了美国一项大的国家秘密。而“棱镜”情报的监控有许多时间就是入侵他国政府、企业的局域网。
随着信息化建设的推进，很多企业和单位在建设网络时，为了保护企业和单位内部大量的数据，内部网络和外部外网络都是分开进行建设，是两个独立的物理网络。但是由于网络自身所具有的开放性、互联性和共享性等特征，使企业和单位的内部局域网上信息安全存在着重大安全隐患，再加上系统软件中的安全漏洞以及所欠缺的严格管理，还有一些非法用户通过对内部局域网络的非法访问，对网络资源非法存取、窃取有价值的资料，获得非法利益；甚至一些不法分子，利用数据从互联网和内部局域网数据的导入、导出，通过编写木马病毒程序，运用网络技术手段干扰、破坏企业和单位网络的运行，给这些企业和单位的工作带来损失。作为军工企业，要做好企业网络的保密工作，守住国家秘密和企业的商业秘密，维护国家安全和企业的稳定与发展，就要从源头做起，看好门，站好岗，力争不让非法入侵事件发生。
一是利用虚拟局域网技术防止网络被非法侵入
企业和单位利用虚拟局域网技术，能够控制网络广播，将信息传播缩小范围，增强内部网络安全。虚拟局域网是通过交换机对端口、网络的物理地、IP地址划分不同的广播域，以软件的方式实现逻辑工作组的划分与管理技术。通过将交换机设备按照端口定义不同的虚拟局域网，并对IP地址静态分组，每一个组对应一个虚拟局域网，每一个虚拟局域网都分配具有相同工作属性或相同职能部门，相同的虚拟局域网通讯应通过三层路由备的性能与生产效率。因此，今后除需要继续突破材料种类和性能的限制、完善3D打印技术和装备能力外，还需要加强相关标准与规范的研究制订，积极探索武器装备零
部件采用3D打印技术生产的种类和技术可行性，并深入开展相应的工艺条件研究与产品可靠性、环境适应性验证，积累丰富的数据和经验，让3D打印技术为武器装备的研制生产带来更大的效益。
（作者简介：蒋立新 易翔翔 邵洁，分别为中国兵器工业标准化研究所高级工程师、工程师、工程师）
企业局域网：如何堵住侵入者
■ 颜 菲
协议，交换机将IP地址的配置和交换机端口绑定在一起
并对交换机端口进行过滤，计算机用户一旦离开该虚拟
局域网, 原IP地址将不可用，从而防止了非法用户通
过修改IP地址越权进入内部网络系统。
二是运用访问控制技术和身份认证技术，阻止
非法用户进入计算机网络系统
访问控制技术：保证网络资源不被非法使用和访问。
访问控制是网络安全防范和保护的主要核心策略，规定
了主体对客体访问的限制，并在身份识别的基础上，根
据身份对提出资源访问的请求加以权限控制。
在组建内部局域网时，有两种模式：一种是工作组，
另一种是域。工作组模式组建网络，简单、方便，不需
要任何人的批准就可以进入该内部网络，属一种无组织
状态。而域模式组建的内部局域网，是将计算机用户名
和密码储存在域控服务器里，计算机每次使用都需要输
入用户名和密码到域控服务器进行验证，是有组织的管
理模式。二是通过建立安全域，实现入网服务器和客户
端的访问控制，网络管理员通过服务器域控服务器建立
合格人员，它规定可登录到网络服务器并获取网络资源
的用户，并通过域控服务器为域用户的人员分配账号并
建立密码。域用户通过域用户名和密码登录计算机系统，
对域用户名入网访问控制可分为3个过程：域用户名的
识别与验证；用户口令的识别与验证；用户账号的检查。
3 个过程中任意一个不能通过，系统就将其视为非法用
户， 不能访问该网络，也不能进入计算机系统。这样，
非法用户即使盗用了IP地址，接入了网络，因为不是已
存储域控服务器的合格用户，也将不能进入计算机系统，
无法使用该系统的资源，这样就可以将非法用户挡在计
