近年來，美海軍高度重視增材制造在艦船領域的推廣應用，旨在利用其技術優勢，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不同階段的發展目標、計劃實施方式以及執行機構，指導增材制造技術在艦船領域的應用。

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

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

1、武器裝備研制

增材制造技術大幅提高了關鍵構件的制造速度，縮短了新裝備的研制周期并加速其實用化進程，有望改變傳統制造技術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周期。

2017年7月，美國橡樹嶺國家實驗室與海軍顛覆性技術實驗室合作，首次采用3D打印技術成功制作了長約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，遠少于傳統潛艇所需的數年時間，并將成本降低90%；2019年5月，美海軍用3D打印技術為海豹突擊隊制造了小型載人潛水器艇體，生產周期由原來的5個月縮短至數周，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構復雜，并且對強度等性能有特殊要求，采用增材制造技術可大幅提高制造效率和產品性能。

在提高制造效率方面，為解決導彈連接器常出現的斷裂問題及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

在優化產品性能方面，美國海軍空戰中心于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，使用增材制造技術可快速加工所需零部件。

2018年9月，“阿利•伯克”級導彈驅逐艦將采用3D打印技術制造的新螺栓用于替換飛機庫艙門滾輪上的受損螺栓，節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為“斯坦尼斯”號航母（CVN 74）和“伊利湖”號巡洋艦成功修復商業寬帶衛星終端旋轉接頭、保險絲盒等零部件，修復時間最短僅為1天，而傳統更換流程通常需要數月時間。

（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，美國海軍陸戰隊計劃將移動式增材制造實驗室（X-FAB）部署到戰場環境中，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模，降低對關鍵零部件后勤供應的依賴；2019年9月，美國海軍水面戰中心采購的Metal X打印機計劃搭載于航母或其他軍艦，有望將Inconel 625合金的生產成本減少85%。

圖3  Metal X打印機

目前3D打印技術在艦船領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展。