美國海軍的3D打印大押注

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美國海軍正砸下數十億美元押注金屬增材制造，外加一套從零培養產業工人的大規模培訓，來填補幾乎塌掉的潛艇鑄造與鍛造產業基礎。

本文分享翻譯的同標題文章走進弗吉尼亞州丹維爾的增材制造卓越中心（AMCOE），闡述了海軍怎樣用大型弧焊機器人和激光粉末床打印關鍵艦艇零件。

原文來自美國海軍學會新聞網（USNI News）于本周剛剛發布，鑒于其官方屬性，信息密度和準確度都非常有價值。

以下為全文完整編譯。

【正文完整編譯】

海軍的3D打印大押注

為彌補潛艇工業基礎的急劇下滑，海軍已向增材制造和新的職業培訓項目投入數十億美元。

作者：薩姆·拉格羅內（Sam LaGrone）

弗吉尼亞州丹維爾報道，距最近的州際公路或大型機場都有數十英里之遙，弗吉尼亞州皮埃蒙特地區一座不起眼的工業小鎮，正是美國海軍下一代制造業的熔爐。

在1980年代600艘軍艦造艦高峰期，全美有兩千多家鑄造和鍛造企業。

數百種不同的閥門、管件和其他艦體零件由熔融鋼水澆鑄而成，再像瑞士手表里的齒輪一樣精密而緊湊地裝進戰艦。

四十年后，鍛件供應基礎只剩20世紀鼎盛時期的一個零頭。海軍和造船廠正在打磨新的制造技術，用來裝配哥倫比亞級和弗吉尼亞級潛艇，并讓更老舊的戰艦繼續運轉。

這場劇變的核心，就在弗吉尼亞州丹維爾這座小鎮上。

［原文配圖］增材制造設備打印出的一個測試件。USNI News攝

2023年，在弗吉尼亞州政府提供的3500萬美元支持下，海軍設立了增材制造卓越中心（Additive Manufacturing Center of Excellence，AMCOE）。

這處設施緊鄰丹維爾的高等學習與研究學院（Institute for Advanced Learning and Research），既像一間試驗廚房，又像一個應急技術支援中心，還像一個能替代傳統制造的技術展廳。

Austal USA先進技術公司總經理唐·海爾斯頓（Don Hairston）今年早些時候在USNI News到訪該設施時這樣描述。

海軍成立AMCOE的初衷，是開發增材制造的零件方案，再由全美各地獲得認證的增材鍛造廠通過一個數據庫調取、3D打印出來。

如今這個角色已經擴展，開始為關鍵需求即時應急供應那些早已停產的舊式零件。

“整個思路，是把這些東西、所有這些技術數據包都放進海軍云里，”海爾斯頓說，“然后，理想狀態下，海軍自己在前沿作戰基地、在兩棲艦或驅逐艦上就把它打印出來……我們的想法是，絕不在這里打印第二個零件。

我們要把它推送到整個網絡上去。”

在AMCOE之外，海軍還打造了一套高強度培訓項目，培養新一代造船工人，來夯實制造基礎。

海軍潛艇工業基礎部門的官員估算，為滿足潛艇工業基礎的需求，美國需要招募并培訓14萬名新的海事工業工人。

巨型機器人與精密激光

［原文配圖］2026年4月8日，增材制造卓越中心內一臺定向能量沉積增材制造設備。USNI News攝

海軍大約在十年前開始試水消費級的增材制造工具。

便攜式創客空間在艦隊里巡回，讓水兵們把桌面級塑料絲材打印機當作日常工具之外的補充來擺弄。

這些應用包括給容易受損的無線電天線打印錦上添花的塑料支架，或者給那些老把軍帽吸進去的便攜式空調進風口打印濾網。

丹維爾的這些機器，規模要比那高出好幾個檔次。

這些現代設備和它們打造的零件一樣五花八門，從巨大的鋼材焊接工業機器人，到把金屬粉末熔成精密部件的激光設備，應有盡有。

在巨無霸這一端，是北美最大的定向能量沉積（Directed Energy Deposition，DED）增材設備，由澳大利亞公司AML3D為AMCOE量身定制。

這臺機器綽號叫“Boomer”（美國海軍對彈道導彈核潛艇的俗稱），工作原理像一把巨型熱熔膠槍，只不過熔的不是膠，而是金屬絲。

Boomer像傳統電弧焊機那樣用電把金屬絲熔化，再由一只計算機控制的機械臂在一個旋轉的工作臺上把熔融的金屬絲塑形。

等這團材料冷卻下來，就可以拿去機加工、測試、運輸和安裝了。

“你完全可以把它放大到任意你想要的尺寸。你甚至可以讓多臺焊接機器人同時干同一個零件，”AMCOE的菲利普斯公司（Phillips Corporation）設備操作員埃里克·威爾遜（Eric Wilson）在帶USNI News參觀設施時說。

海軍正指望Boomer這樣的DED設備來加快潛艇生產。

美國缺乏能澆鑄大型零件的鍛造廠，這讓哥倫比亞級和弗吉尼亞級潛艇的進度亂了套，造成延誤，USNI News此前已有報道。

HII旗下紐波特紐斯造船廠（Newport News Shipbuilding）總裁卡麗·威爾金森（Kari Wilkinson）表示，今年HII已成功為一艘潛艇制造出一個重一千磅的鑄件。

“這是件大事，”她對USNI News說。大型鑄件生產緩慢，“一直在卡住哥倫比亞和弗吉尼亞這兩個項目潛艇的進度和產出。”

海爾斯頓說，對于傳統鍛造業難以支撐的大型單件鑄造，增材制造正合適。

“從冷戰年代起，那種只要一兩件的零件就很難搞到，”他說，“如果我是一家鍛造廠，我想要的是大批量、少品種，那才是天堂。

可如果我做的是增材，我真正想要的是多品種、小批量。”

千鈞一發的3D打印件

在丹維爾增材光譜的另一端，是體型更小的激光床打印機。它們用磨成粉的不銹鋼，在差不多一張烤盤大小的托盤上，一次熔結一層頭發絲粗細的金屬。這類激光粉末床設備雖然不適合大規模生產，但好處是能快速做出少量零件，而且省掉了鑄造做模具那筆前期成本。

［原文配圖］2026年4月8日，弗吉尼亞州丹維爾，用于激光熔融增材制造零件的不銹鋼粉末。USNI News攝

激光粉末床生產，帶來了AMCOE為艦隊立下的第一樁大功。

海爾斯頓對USNI News說，2024年AMCOE臨時接到一個請求，要給導彈驅逐艦哈爾西號（USS Halsey，DDG-97）做一個零件。

隸屬于西奧多·羅斯福號航母打擊群的哈爾西號，機庫門壞了。

按傳統制造去采購這個零件，估計要花大約八個月，而且整扇門都得換掉。

“我們接到電話，他們說我們需要一個零件，”他說，“你們能把這個零件打印出來嗎？我們說，‘當然，讓我們試一把。’”

丹維爾的團隊拿出了一個不銹鋼替換支架的設計，用激光粉末床打印機在21天內完成制造并通過認證。

哈爾西號拿到了零件，打擊群按期部署，AMCOE也有了一份隨時可以推送給其他打印機的技術數據包。

這些數據包存放在一個安全的海軍云倉庫里，可以在全美二十多家獲得認證的設施中打印、測試、處理和發運。

最終，水兵們應該能夠自己把這些零件打印出來。

［原文配圖］2026年4月8日，增材制造卓越中心內的激光粉末床設備。USNI News攝

這些打印機已經開始進入艦隊。官員們告訴USNI News，每一艘大型兩棲攻擊艦上都已配備一臺工業級3D打印機。

正在為AMCOE擔任顧問的退役海軍少將邁克爾·馬洪（Michael Mahon）在丹維爾對USNI News表示，按需供應零件，有望緩解整個艦隊的維護積壓。

“艦艇之所以不能按時結束維修期，最大的原因就是這次維修所需的零件里有60%在需要的時候根本不在場，而增材制造正是我們能讓這些零件在需要時到位的途徑之一，”馬洪說。

盡管技術能力如今已經具備，但更多使用增材零件，仍然受制于海軍要求的認證、合同條款，以及原始設備制造商（OEM）的知識產權。

舉例來說，海軍希望把丹維爾出來的零件認證為SUBSAFE級別，也就是潛艇安全計劃（Submarine Safety Program），這是海軍最嚴苛的一級質量管控。

“我們目前正在走SUBSAFE認證，所以我們將在丹維爾這里打印零件、并把它們按SUBSAFE級別做合格鑒定，然后直接推送到潛艇上。今天我們還沒到那一步……但我們正走在把SUBSAFE做到這里的路上，”海爾斯頓說。

此外，AMCOE和海軍正在就海軍云中零件設計的權利進行談判，可能通過一份授權許可協議來解決。

“知識產權是我們還得想辦法趟過去的一個問題，不過我相信，關于接下來怎么走，我們至少已經有了一些大致的輪廓，”海爾斯頓說。

培養下一代造船工人

在丹維爾校區的另一頭，國防制造加速培訓（Accelerated Training in Defense Manufacturing，ATDM）課程里臨近畢業的學員，正穿行在一排排折疊桌之間。桌上擺著鑰匙鏈和軟乎乎的潛艇造型解壓玩具，桌后是四處物色新人才的招聘方。

［原文配圖］2026年4月8日，ATDM校區內的焊接培訓設備。USNI News攝

ATDM隸屬于丹維爾的高等學習與研究學院，它脫胎于海軍一項耗資數十億美元的計劃，目標是招到海軍所說的、潛艇工業基礎未來十年所需的14萬名新工人。

這個為期16周的免費項目，開設了增材制造、數控（CNC）加工、無損檢測、焊接和質量控制等課程。

Trident Maritime Systems的招聘專員安伯·布里科（Amber Bricco）今年早些時候對USNI News說，用工需求很旺。布里科當時正打算為全美各地的造船業招最多40名新工人。

“造船業現在對工人有巨大、巨大的需求，成百上千地要，”她說，“而且不只是工人，我們要的是熟練工人……我們已經從ATDM招了不少人。”

像HII和通用動力電船公司（General Dynamics Electric Boat）這樣的傳統造船廠，在新冠疫情期間勞動力流失加速，之后這些公司一直在努力重建隊伍。

據USNI News了解，ATDM這套模式的目標，是讓新工人比一個剛從街上招來的學徒擁有更多實操經驗。

瑞安·洛克爾（Ryan Locher）這次到丹維爾，是為總部位于俄亥俄州的潛艇供應商AT&F招人。這家家族企業為弗吉尼亞級和哥倫比亞級艇建造高壓部件，比如導彈和魚雷發射管、壓載水艙以及推進器零件。

“什么都是大件，什么都必須做對，”洛克爾說，“它們將承受高壓空氣、高壓水的灌注。這些零件一旦失效，潛艇就完了，”洛克爾說。

［原文配圖］2026年4月8日，丹維爾高等學習與研究學院的一場招聘會。USNI News攝

洛克爾說，到目前為止他已經從ATDM的招聘會上招到了五名工人。對一家200人、并計劃在未來幾個月增長到250人的公司來說，“這個數目很可觀，”他說。

23歲的德肖恩·紐曼（Deshawn Newman），曾是心理學專業的學生，兼職貝斯手，全職焊工，他是靠做圍欄和大門一腳踏進這行的。為了找一個更硬的挑戰，紐曼向紐波特紐斯造船廠投了簡歷，結果被推薦到了丹維爾的國防制造加速培訓項目。

“強度特別大。他們真的很專注于讓你掌握那些能立刻進入職場所需的技能，”他說。

23歲的瑞安·巴伯（Ryan Baber）是沖著學增材技能來報這個項目的。來丹維爾參加培訓之前，他在加州科羅納（Corona）做數控機加工。

按ATDM目前的節奏，這個項目每年能讓大約1000名學員畢業，而海軍還計劃在全國各地播種類似的項目。

“這是個免費項目，四個月，能給我足夠的時間去找工作之類的，也能讓我在這么短的時間里盡可能多學點東西，”巴伯對USNI News說，“這是那種你在別的地方基本上找不到的機會，尤其是增材制造這塊。”

AM易道結語

工業時代的邏輯，是把零件造出來囤著。美海軍這套打法改掉了底層假設。

不囤件，囤造件的能力，再把能力切成一個個技術數據包，推到云上、推到船上。

它沒打算把塌掉的舊工廠一家家修回來，那本來也修不回來，而是用一張分布式的網，把產能重新補上。

對一個產業基礎空心化了四十年的國家，押注3D打印贖回一部分制造主權。

文中提到的AML3D是澳大利亞公司，激光粉末床設備來自德國EOS買得到，都是西方耳熟能詳的品牌。

但有意思的分享在于過了認證、敢裝上潛艇的數據包。

等美國海軍把SUBSAFE這道最硬的關打通，金屬增材能不能干承壓件，就不再需要爭論。

行業的重心和模式也將變得有趣。

能不能打印這件事可能將不再是最大價值所在。

打出來的件誰來背書、圖紙所有權歸誰可能是至關重要的產業答案。

主要內容編譯自USNI News：《The Navy's Big 3D Printing Bet》，作者Sam LaGrone，文中配圖均為USNI News拍攝，版權歸原媒體所有。