金属3D打印加速改写现代军工
■赵文灿 苏嘉峒 马 威
一只普通金属零件制造流程的改变，对现代军工意味着什么？
2026年3月，美国朴次茅斯海军船厂在弗吉尼亚级攻击核潜艇“华盛顿”号上，完成了一项此前从未在美军现役潜艇上做过的事：将一个通过金属增材制造（金属3D打印）生产的铜镍法兰经过检验、测试和认证后，焊接安装到潜艇管路上。法兰本身并不起眼，但连接的是阀门、泵和管路，长期承受高压与海水腐蚀。它装艇的意义不在于“打印得出来”，而在于“打印出来的东西被允许上艇”。
这一幕，是金属3D打印在军工领域角色变化的一个缩影。近年来，多国实践表明：从短缺件的应急制造，到把制造设备搬到装备使用现场，再到承接批量生产订单，金属3D打印正在从试验生产阶段，走向体系制造阶段，军工生产与维修保障的逻辑也将因此发生改变，实现能力跃升和模式重塑。
我国自主研制的3D打印极简轻质微型涡喷发动机，该发动机于去年11月完成首次单发飞行试验。
今年6月17日，美国海军“西奥多·罗斯福”号核动力航母机库内，技术人员操作金属3D打印设备。资料图片
一个阀门背后的制造变革
潜艇和大型水面舰艇上，许多零件体积不大，却能卡住维修进度。装备服役时间一长，相关零件的原供应商可能早已停产，重新组织传统铸造或锻造，动辄需要以月或年计的准备周期。
金属增材制造提供了另一条路径：以激光、电子束或电弧作为能量源，按照三维数字模型把金属粉末或丝材逐层熔化、逐层成形，省去传统铸造中最耗时的模具和工装环节。弗吉尼亚级潜艇上的那只铜镍法兰，走的正是这条路——依据数字模型完成增材成形，再经过精加工、无损检测和资格审查，最终获得装艇许可。
金属增材制造也为复杂结构打开了新的设计空间。2025年11月，我国自主研制的首款3D打印极简轻质微型涡喷发动机完成飞行试验，搭载该发动机的无人机到达6000米高度，飞行时长30分钟，最大速度0.75马赫。据报道，该发动机采用增材制造与结构优化设计相结合的技术路线，零件数量减少约60%，耗油率和推重比等指标同步改善。航空发动机内部有大量复杂流道和高温构件，如果采用传统制造方式需要分件加工后再装配，而增材制造在一定条件下可以把多个特征一体化成形，减少连接环节，为减重和提高制造效率提供了新的工程选项。
航天动力领域也有类似探索。2024年，印度空间研究组织用金属3D打印制造的PS4液体火箭发动机完成665秒长时间热试车，原先由14个零件组成的结构被整合为单件，减少19处焊接接头，生产周期缩短约60%。
这些案例的共同指向是：增材制造的第一波价值，集中在复杂结构、小批量、短缺件替代和定制化场景，而非简单地“替代铸造”。
制造设备走向装备使用现场
更具指标意义的变化，发生在装备使用现场。
2026年7月，“环太平洋-2026”演习期间，美国海军在“西奥多·罗斯福”号航母的机库中部署了一套集装箱式金属增减材复合制造系统。所谓增减材复合制造，是先以增材方式使零件主体成形，再用铣削等减材工艺对关键配合面进行精密加工，兼顾成形自由度和尺寸精度。据美国海军公开消息，这是其首次将能够制造和修复关键金属构件的可部署制造平台搬上航母。同一演习中，“埃塞克斯”号两栖攻击舰和加拿大“阿斯特里克斯”号也安装了同类设备，多平台开展相关制造试验，探索舰艇、岸基设施与保障力量之间的分布式制造协同。
英国海军也在探索类似的装备保障模式。2026年5月，英国国防科技企业奎奈蒂克公司披露，在英国“安森”号核潜艇于澳大利亚斯特林海军基地进行例行维修期间，该公司先在英国完成所需零件的逆向工程设计，再将技术数据传输至澳大利亚，由当地增材制造供应商完成生产后交付安装，整个替换周期压缩到约4周。过去，这类零件的替换通常需要数月甚至更长时间。
从“后方工厂制造、多级运输前送”到“数字模型传输、就近节点生产”，备件保障的逻辑正在被重新书写。但舰艇环境不是恒温恒湿的专业厂房：振动、盐雾、温湿度波动、有限电力和材料储存条件，都对金属3D打印设备提出了比地面更苛刻的工程要求。设备“上舰”只是第一步，“在舰上稳定打出合格件”才是真正的门槛。
从试验探索迈向批量生产
一项制造技术是否在军工领域站住脚，最终要看它能否纳入稳定的生产和质量管理体系，而不是停留在示范件和试验件上。
2026年9月，澳大利亚AML3D公司宣布获得一份约50万澳元的初始生产订单——为美国海军核潜艇制造3个大型高压铜镍流体控制构件，生产地点设在该公司位于美国俄亥俄州斯托的工厂。值得注意的是，这批构件采用的不是激光粉末床熔融，而是电弧增材制造——以金属丝材为原料、电弧为热源，逐层堆积成形。相比适合制造精细复杂零件的粉末床工艺，该制造方式在较大尺寸金属构件上具有成本和效率优势。从粉末床到电弧增材，工艺路线的分化本身说明，增材制造正在按零件尺寸、材料体系和性能要求走向专业化分工。
航空领域同样在推进。欧洲空客公司披露，采用钛合金丝材定向能量沉积技术制造的部分构件经过无损检测和精密加工后进入生产流程，已开始应用于A350货舱门周边结构。该公司还在探索将该工艺用于除机翼、起落架等关键部位之外的尺寸更大的承力结构。
增材制造的应用边界，也在向太空延伸。我国科研团队在“轻舟”试验飞船上完成了约600公里轨道高度的太空金属3D打印技术演示验证。欧洲航天局披露，在国际空间站上运行的金属3D打印机完成了第5件试样的打印，试样已随货运飞船返回地面，其中包含德国航空航天中心设计的微型推进器形态构件，后续将在德国航空航天研究中心（DLR）和欧洲空间研究技术中心（ESTEC）进行地面评估。
这些试验距离工程化应用尚有距离，但指向一个明确的长期方向：金属3D打印技术的应用重点，正在由单纯验证“能否制造”，逐步转向解决“如何稳定生产”“怎样保证质量”和“能否持续供应”等问题。
“打印得出”更要“用得可靠”
增材制造的前景并不意味着传统铸造、锻造和机械加工将被全面取代。对于结构简单、需求量大的零件，传统工艺在成本和效率上仍然占优。
尤其需要注意的是，金属在快速熔化和凝固过程中可能形成孔隙、裂纹、未熔合和残余应力，这些缺陷对承受高压、振动、交变载荷的舰艇构件和高温工作的航空发动机零件而言，不容忽视。弗吉尼亚级潜艇的那个法兰能够装艇，前提是它经过了完整的检验、测试和批准程序；英国“安森”号的替换件能够交付，前提是潜艇交付组的增材制造团队完成了相关验证。工艺可以新，质量放行的逻辑不能“新”。
展望下一步，人工智能、数字孪生和在线监测有可能让增材设备在成形过程中实时识别熔池异常、动态优化参数，把质量一致性从“事后检验”部分前移到“过程控制”。这一发展方向可能推动军工生产走向集中生产与现场按需制造并存的格局。
从一个法兰装艇，到一台发动机减掉六成零件，再到一套集装箱设备登上航母，多国实践指向的并不是某一项工艺的“独角戏”，而是制造体系响应速度、供应链韧性和技术转化能力的竞争。当经过批准的数字模型能够以可接受的质量和成本转化为可用的零件，军工生产与装备维修保障之间那条传统的分界线，就会继续移动。
