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2013年5月4日，一个平淡无奇的炎热下午，在美国得克萨斯州奥斯汀市一处乡间私人靶场中，传出了一声枪响。这一枪绝非平淡无奇，甚至将来有可能载入史册，因为它标志着世界上第一支全3D打印手枪正式试射成功。
这次试射手枪的全部16个零件中，除击针外全部为塑料材质，而且均由“3D打印机”制作完成。
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“无所不能”的3D打印
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在讨论3D打印枪之前，首先有必要来了解一些有关3D打印技术的基本知识。
3D打印是近年来全球制造业领域内迅速发展起来的一项新兴技术，被认为是引领新一轮“工业革命”的数字化制造关键工艺之一。运用这一技术进行生产时，先通过计算机设计出立体的产品样式即“建模”，然后通过俗称“3D打印机”的专用定型装置，以液化、粉末化、丝化的固体材料，通过涂覆、烧结等方式，来逐层“打印”出产品。
3D打印最独特之处，在于它是“增材制造”（Additive Manufacturing）的主要实现形式。传统的产品成型技术，均为“去除制造”，即在整块原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等方式，去除多余部分而得到所需产品，有的还要以拼装、焊接等方法再行组合，才能得到最终产品，既便最先进的数控机床（CNC）也是如此。而“增材制造”与之截然相反，通过计算机的帮助，将任意形状产品的立体设计分解为一系列二维平面的组合，通过以专用装置逐层“叠加”材料的方式直接生成最终产品，而无须其他工序，因此制造时间只有传统工艺的1/10，费用减少到1/3以下。
上海某公司利用国外3D打印装置制造的遥控器零件。在制造类似的细碎零件方面，3D打印技术占有相当优势
3D打印的发展融合了多个学科领域的尖端技术，重点是资讯科技、精密机械技术和材料科学。其中，资讯科技主要是制作产品的三维数字模型，使“3D打印机”能够自动分析打印工序，控制打印器材的运动；精密机械技术着眼于提高“3D打印机”的精准程度和稳定性；材料科学重在研究适用于3D打印的特殊材料，包括塑料、金属和陶瓷，既要能液化、粉末化或丝化，在打印过程中又能够重新结合，并且成品具有合格的物理、化学性质。
3D打印的应用领域主要是工业设计制造，比如概念设计、原型制作、模具设计和功能验证等等。假设要为某种新枪设计塑料护手，虽然运用CNC技术，不需要先加工毛坯，直接设计出3D图纸，就可以制出模具，然后用模具注塑出样品，而“3D打印机”更加直接，从图纸到实物之间只需一步，无需制模过程，设计程式得以大幅度简化。而且3D打印特别适合生产形状复杂、尺寸细微、效能特殊或小批量的产品，因此在航空航天、国防军工领域特别是某些零件数量多、效能要求高、需要反复测试的产品上多有应用。3D打印除了有速度上的优势外，一些特殊形状产品可以直接加工而不必考虑装配工艺，有利于简化产品设计，攻克一些原本无法回避的技术难关。
美国是3D打印技术的发源地，也是相关技术最为先进发达的国度，在陆、海、空武器装备研发甚至实战中早已广泛应用，为战时后勤保障带来了革命性的变化。特别是美国陆军在阿富汗实施“扩充套件3D打印行动”，2013年1月已部署两个移动试验室，每个试验室所用的原型设计装置、“3D打印机”和相关工具只需一个集装箱便能装下，可以在野战条件下现场快速制造所需配件。美军计划通过这种做法，有效增强单兵作战、战区巡逻以及前线小型基地的自我保障能力。不过，此前3D打印技术的军事应用大多停留在辅助设计制造和装备保养维修层面，2013年的奥斯汀试验中直接利用其打印可以发射实弹的塑料枪支，确实是开天辟地头一回。
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3D打印枪支的前期尝试
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科迪・威尔逊现年25岁，是得克萨斯州立大学法学专业的一名学生，同时也是一名激进的自由主义者。2012年8月，威尔逊在奥斯汀市成立了名为“分散式防御”的非营利性团体和相应网站，并在全球各地陆续发展了15名志愿参与者和工程师。除了开展相关设计和试验外，他们还将一些设计作品，如制造AR15和AK47自动步枪的高容量弹匣以及其他一些零部件的3D打印资料档案上传到网络平台，供使用者免费下载。
威尔逊第一次广为世人所知，是在2012年底。当时很多媒体报道称，他用“3D打印机”制造出一支5.56mm口径的AR15自动步枪，并成功进行了射击试验。但实际上，这次试验并非像媒体所渲染的那样神奇，因为枪上真正用“3D打印机”制造的部件只有下机匣和弹匣。从事后公开的视讯和图片来看，试验中使用的显然都是用零部件自行组装的民用版AR系步枪，除了3D打印出来的那些外观呈白色的塑料件外，其他均是在武器市场上能够购买到的成品部件。AR系步枪的特点之一就是大量采用铝合金部件，下机匣是其中之一，由铝合金毛坯经铣削加工而成。这一部分用于连线枪托和容纳发射机构，所起作用十分重要，但在发射过程中却不直接接触高温高压的火药燃气，也不用承担主要的后坐力，所以即使是“3D打印机”制造的塑料下机匣，只要尺寸合规，是能够勉强行使其原有功能的，只是机械效能远不及原配的铝合金产品。威尔逊的作品发射到第6发弹时就出现了3处破裂，正式“寿终正寝”。经过改进后，这种下机匣耐受实弹发射的最高纪录也只是11发。虽然这一领域内的另一位领军人物，曾在网上独家释出过多项3D打印枪支制作技术的迈克尔•古斯林克声称，装有他制作的3D打印下机匣的AR15步枪成功发射了100发枪弹，但这连铝合金机匣通常寿命零头的1/10都不到。当然，与下机匣相比，“3D打印机”生产的弹匣实用性要强一些，但其所用的普通塑料材质相对脆弱，寿命和可靠性也都无法与正规的聚合物弹匣相提并论。
其实近年来，在军用轻武器上已经出现了许多由合成材料制造的部件，包括下机匣这样的重要部件，但不论此类部件比例多大，枪管、自动机等关键部位仍旧都是金属材质的。所以，所谓“3D打印出来的步枪部件能承受正常射击”只是媒体以偏概全的一个噱头而已。再者，作为一支自动步枪来说，虽然下机匣很重要，但枪管、自动机和上机匣更加重要。也正因为如此，科迪•威尔逊将下一步的目标锁定在制造一支功能完整的全3D打印枪支上。
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新“解放者”的开发和试验
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这项工作开始于2012年10月，但至少此前4个月，威尔逊已经开始着手思考“3D打印个人防卫系统”的相关方案。为制造方便和安全起见，他决定开发一款单发射击的简易手枪，并将这一设计称作“解放者”（Liberator）。这个名称是用于纪念二战期间美国开发的一种发射0.45英寸ACP手枪弹的廉价单发手枪，盟军曾向在敌后活动的抵抗组织大批空投这种武器。
世界上第一支能够发射实弹的3D打印手枪——新“解放者”
虽然名称一样，都采用翻转击锤击发原理，枪弹也要手工装填，但两者还是有很大不同。历史上的“解放者”是全金属的，大量采用钢板冲压和焊接技术，只有枪管等极少量零件需要机加工。而新“解放者”几乎全部由ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料制成，是一种常见的用途广泛的热塑性工程塑料。考虑到材料的特殊性，威尔逊的新枪结构与老“解放者”差异很大，特别是枪管可以从枪身上拆下，装入枪弹后再重新固定在枪身上，其整体结构和后半部分的外形，非常类似老式的撅开式讯号枪。
新“解放者”的枪身依靠3D建模软件设计，然后直接由“3D打印机”打印完成，较通常的制造方法简单许多
新“解放者”的原型产品共有16个零部件，包括握把、枪身、击锤、击锤簧、击锤座、扳机、扳机簧、击针、枪管和若干销子。其中握把最为简单，仅起到连线枪身、方便握持的作用。枪身侧面略呈三角形，带有一体成型的扳机护圈，主要用于容纳击锤、扳机元件和固定枪管，相关零部件都是通过3根主要的销子固定在枪身上的。枪管的形状最为特殊，特别是长度极短，以发射0.380英寸ACP手枪弹的型号来说，全枪长不到40mm，除去弹膛部分枪管长只有10多毫米，但最大直径却超过了35mm，而且枪管内部没有膛线，实际上只能起到为弹头导向的作用，这主要是考虑到ABS塑料承受高压的能力极为有限，弹头飞出后弹膛需要尽快减压，所以枪管必须做得短而粗。枪管末端有一圈扩大的锥体部分，用来和“T”形凸笋共同配合，将枪管固定在枪身前端的半圆形凹槽中。根据“分散式防御”组织的试验结果，如果将这种ABS塑料枪管安放在传统的金属枪身上，可以成功进行10次实弹射击，直至第11发时才损坏。之前有报道称该枪“可以使用标准手枪弹匣，并支援不同口径的枪弹”，多半是误译，因为这种单发枪并没有弹匣，装填枪弹和排除空弹壳都要手工操作，但支援不同口径的确是真的，只要更换弹膛尺寸不同的枪管就可以轻松做到这一点。由于ABS塑料缺乏弹性，所以这支武器的扳机簧和击锤簧不仅形状特殊，其体型较其用途来说也显得特别大，而且击锤簧采用了双涡卷簧的设计，就是为了保证有足够的弹力。出于同样的考虑，枪上其他部件尺寸也较金属材质的同类零件要宽厚许多，以尽量保证发射时的安全。
科迪·威尔逊和他研究3D打印枪支的工作室
这些塑料部件都是威尔逊用8 000美元买来的一台二手Dimension SST“3D打印机”制造出来的。这台装置是Stratasys公司的产品，它和3Dsystems公司一样，都是占据3D打印产业主导地位的美国企业。整个新“解放者”上唯一的非3D打印部件是击针，同时也是全枪独一无二的金属材质部件，其实它只是一根在随便哪个五金店里都能买到的钢钉。但如果需要的话，这个部件也可以是塑料的，并且同样可以用3D打印的方法制造。
占据3D打印装置制造业主导地位的美国Stratasys公司的标志，新“解放者”即是用该公司生产的装置制造的
2013年5月1日，威尔逊将这支3D打印手枪的所有部件组装起来，并在奥斯汀市的私人靶场进行了实弹射击。他同意由《福布斯》杂志记者安迪•格林伯格来记录试验的整个过程，但前提是不公开视讯，直到证明这款手枪能够稳定工作后，“分散式防御”组织才会在YouTube释出视讯并提供相关资料档案下载。
ABS塑料粒子。这种塑料是世界上最常用的五大合成树脂之一，新“解放者”包括枪管在内，几乎全部是使用这种塑料制造的
为了确保安全，新“解放者”装入一颗标准的0.380英寸ACP手枪弹后，被安置在铝制支架上，扳机上拴了一根6米多长的绳子，然后威尔逊的一名工程师朋友拉动了绳子——枪响了，弹头钻入灌木丛中。拆下枪管后，没有发现明显的损坏。但紧接着的第二次发射却出现了哑火现象，检查后发现原因是击锤座在前次发射时因挤压发生了变形，导致击针未能对准底火。在接下来的试射中，威尔逊替换了一根枪管，尝试发射威力更大的5.7×28mm枪弹，后者近年来在美国被多种自卫武器所使用。不过，数小时前才打印完毕的塑料枪管这次再也承受不住压力，发生了膛炸，白色的枪身被炸得四分五裂，碎片飞得到处都是。初次试射被迫就此结束。
“分散式防御”组织开发的3D打印AR步枪下机匣，外观显然比较粗糙
两天之后，全球首支3D打印手枪的照片释出在《福布斯》杂志网站上，并引发了强烈反响。不过，威尔逊没有时间对此做出反应，他忙着修改设计图，调整击针的尺寸和位置，并重新打印了枪管、击锤以及枪身等部件。因为威尔逊对前一次试验的结果并不满意，认为只取得了相对成功，他想在数字模型档案最终上传到“分散式防御”网站之前解决所有问题，因此决定用直接手持射击的方式来再次证明3D打印武器的可靠性。
3D打印下机匣安装在AR步枪上在靶场进行实弹射击（上）以及断裂后的状态（下）
5月4日下午，威尔逊回到了他上次试射新枪的靶场。这次随行的是他的父亲丹尼斯·威尔逊。同上次一样，威尔逊开启带来的箱子，拿出打印好的各个部件，将它们组装起来，然后装入枪弹，戴好耳塞，接下来深吸气——瞄准前方——扣动扳机——然后呼气，动作非常连贯。枪声响过，自己的手和新“解放者”都完好无损，这时威尔逊才放松下来，开始检查手枪，发现除了一根销子断裂以外，没有其他的损坏迹象。随后，威尔逊终于说出了他的第一句话：“嗯，还需要再进行一些修改。”
3D打印的AR步枪用30发弹匣（上）以及威尔逊将其装在步枪上进行试验时的场景（下）。显然它的寿命比3D打印下机匣要长一些，但外观和质量还不能与传统方法制造的同类产品相比
威尔逊实现了他自己的目标，这是他个人的历史性一刻，同时也更新了枪械发展的历史。
威尔逊在奥斯汀靶场中以手持方式试射新“解放者”
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必须提前寻求有效约束
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任何科学技术的进步都带有双面性，比如沙林，初始目的只是想获得一种新型农用杀虫剂，结果却找到了一种可怕的神经性毒剂，而硝化甘油在有效缓解心绞痛的同时还是最危险的爆炸品，上世纪80年代就已经出现的3D打印技术也是如此。新技术究竟是“潘多拉魔盒”还是“阿里巴巴宝窟”，关键看我们如何去运用和管理。
0.380英寸ACP口径新“解放者”分解图。全枪包括作为击针的钢钉在内，只有16个零件
3D打印枪这一新生事物给世界带来的，不仅是现代前沿技术飞速发展的强烈震撼，同时也有人类如何利用法律、道德等规范来约束技术负面效应的严肃思考。虽然在美国这样的国家，由于枪支管理上存在大量漏洞，有很多渠道可以获得枪械，因此利用3D打印制造枪支似乎只是游泳池里增加的一滴水，其负面效应并不明显。但必须认识到，科技的发展速度远远超过想象，眼下的3D打印枪支只不过是个开始。如果“3D打印机”具有更低的价格、更高的精度，并且可以在更广的范围内选择材料，3D打印枪支泛滥的可能性就会更加现实和急迫，而且在任何国家都是如此。我们虽不必为此而杞人忧天，但却必须未雨绸缪，提前完善相关法律规范，采取必要的技术手段，来预防可能出现的各种问题，从而让3D打印技术为全球制造业变革和经济社会发展发挥更多的正向推动作用。
本文节选自2013年《轻兵器》杂志第7上期《“潘多拉魔盒”or“阿里巴巴宝窟”——3D打印枪支锐势登场》。关于3D打印枪支的后续发展如有详细资料，欢迎投稿。
本刊将陆续刊登三土先生发表在《轻兵器》上的作品，及他新近创作的作品，最终形成一个成系统的专栏，方便大家收藏查阅，敬请期待。
另外，剧透一下，马式曾、杨南镇、D boy等资深作者的作品也会陆续以专栏的形式在公众号上一一刊载。
编辑：刘兰芳
校对： 王晓涛
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