近年來，美海軍高度重視增材制造在艦船領(lǐng)域的推廣應用，旨在利用其技術(shù)優(yōu)勢，縮短武器裝備研制周期、降低維護成本；同時，積極嘗試艦上打印，以期大幅提升艦艇的后勤保障能力。

美海軍通過制定增材制造技術(shù)不同階段的發(fā)展目標、計劃實施方式以及執(zhí)行機構(gòu)，指導增材制造技術(shù)在艦船領(lǐng)域的應用。

2017年，美海軍發(fā)布“海軍增材制造實施計劃”，確定了增材制造技術(shù)的長期發(fā)展目標：①制定技術(shù)和質(zhì)量認證標準，確保增材制造零部件的性能滿足海軍要求；②將數(shù)字化技術(shù)用于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，擴大增材制造技術(shù)適用范圍；③建立艦員技術(shù)培訓和認證體系，安全、有效地使用增材制造設備；④發(fā)展增材制造相關(guān)業(yè)務（如合同制定、知識產(chǎn)權(quán)、法律指導等），加速增材制造技術(shù)的快速應用；⑤快速小批量生產(chǎn)，滿足后勤保障要求。該計劃由政府、學術(shù)界和工業(yè)界共同實施，并由負責研發(fā)、試驗與鑒定的助理海軍部長，海軍作戰(zhàn)部負責戰(zhàn)備與后勤的副部長以及海軍陸戰(zhàn)隊負責戰(zhàn)備與后勤副司令組成的海軍增材制造執(zhí)行委員負責監(jiān)督。

2018年，為推動增材制造技術(shù)的艦上應用，負責研發(fā)、試驗與鑒定的助理海軍部長簽發(fā)了“海軍增材制造計劃”，相比2017年發(fā)布的“海軍增材制造實施計劃”新增一項發(fā)展目標——艦上打印，以增加海上保障能力。

1、武器裝備研制

增材制造技術(shù)大幅提高了關(guān)鍵構(gòu)件的制造速度，縮短了新裝備的研制周期并加速其實用化進程，有望改變傳統(tǒng)制造技術(shù)拖累先進裝備研制進度與性能水平的情況。

（1）船體

武器裝備設計階段需要先制造出原型進行評估，增材制造技術(shù)可以快速制作船體模型以供測試和驗證，從而縮短艦艇裝備的研發(fā)周期。

2017年7月，美國橡樹嶺國家實驗室與海軍顛覆性技術(shù)實驗室合作，首次采用3D打印技術(shù)成功制作了長約9.14米的潛艇艇體模型，從概念設計到組裝的全過程僅耗時4周，遠少于傳統(tǒng)潛艇所需的數(shù)年時間，并將成本降低90%；2019年5月，美海軍用3D打印技術(shù)為海豹突擊隊制造了小型載人潛水器艇體，生產(chǎn)周期由原來的5個月縮短至數(shù)周，耗資從80萬美元降至6萬美元。

圖1  3D打印潛艇艇體模型

（2）零部件

艦艇裝備中的某些零部件結(jié)構(gòu)復雜，并且對強度等性能有特殊要求，采用增材制造技術(shù)可大幅提高制造效率和產(chǎn)品性能。

在提高制造效率方面，為解決導彈連接器常出現(xiàn)的斷裂問題及T-45“蒼鷹”教練機的供氧問題，美海軍分別于2016年和2017年利用3D打印技術(shù)制備出滿足要求的鋁合金連接器底殼和聚醚酰亞胺空氣導管，其中連接器底殼的設計和制造時間縮短1/2，空氣導管的制造僅耗時48小時。

圖2  3D打印供氧面罩空氣導管

在優(yōu)化產(chǎn)品性能方面，美國海軍空戰(zhàn)中心于2020年4月采購12臺LulzBOT TAZ型3D打印機，并升級了金屬增材制造設備，以提高3D打印金屬部件的性能；為滿足航母對零部件的高性能要求，美海軍海上系統(tǒng)司令部2018年在“杜魯門”號航母上完成了增材制造排水過濾孔的多項性能測試，并于2019年批準用于“杜魯門”號航母。

2、維修保障

艦船執(zhí)行任務過程中，常因部分部件失效造成任務中斷，增材制造技術(shù)可用于裝備服役過程中失效零件的快速修復，大幅減少零部件更換時間，提高艦船的戰(zhàn)備水平。

（1）小型部件維修

艦艇裝備服役過程中，某些零部件失效后需要快速更換，使用增材制造技術(shù)可快速加工所需零部件。

2018年9月，“阿利•伯克”級導彈驅(qū)逐艦將采用3D打印技術(shù)制造的新螺栓用于替換飛機庫艙門滾輪上的受損螺栓，節(jié)省了維修時間和成本。此外，美國海軍近兩年還利用增材制造技術(shù)為“斯坦尼斯”號航母（CVN 74）和“伊利湖”號巡洋艦成功修復商業(yè)寬帶衛(wèi)星終端旋轉(zhuǎn)接頭、保險絲盒等零部件，修復時間最短僅為1天，而傳統(tǒng)更換流程通常需要數(shù)月時間。

（2）艦上按需打印

艦上搭載3D打印機可為艦艇在巡航過程中及時制造或維修零部件，能夠有效緩解后勤保障壓力。

2017年8月，美國海軍陸戰(zhàn)隊計劃將移動式增材制造實驗室（X-FAB）部署到戰(zhàn)場環(huán)境中，進行受損零件的快速維修與備件制造，縮減維修保障的后勤規(guī)模，降低對關(guān)鍵零部件后勤供應的依賴；2019年9月，美國海軍水面戰(zhàn)中心采購的Metal X打印機計劃搭載于航母或其他軍艦，有望將Inconel 625合金的生產(chǎn)成本減少85%。

圖3  Metal X打印機

目前3D打印技術(shù)在艦船領(lǐng)域主要用于小型零部件的制造，雖然能制備高強度和大型部件，但可靠性難以完全保障。未來美海軍將加大3D打印大型金屬部件的可靠性研究，以進一步提高造船效率，并進一步推動艦上打印發(fā)展。