3D打印马氏钢如何扛住穿甲弹和爆炸碎片？

AM易道分享

一辆装甲车在路上行进，侧面突然挨了一发7.62毫米穿甲弹。

弹头的硬芯又重又尖，专门用来撕开钢板。
按常理，挡住它的办法只有一个，把装甲做得更厚、钢炼得更硬。
可如果关注3D打印的读者炫耀称能把这发弹拦下来的，是一块被掏的中间全是窟窿的钢板（3D打印镂空结构），而旁边那块沉甸甸的实心钢反倒被一穿到底，你大概会觉得他在吹牛。

并没有吹牛。

这正是金属3D打印这几年在装甲应用领域蹚出来的一条新路子。

马氏钢，用内部复杂结构营造出的这种看上去掏空了的结构反而更扛打。

因为比起硬抗伤害，其吸收能量效果更优。

上图用马氏钢3D打印出来的镂空试件，整块只有巴掌大；右侧是壁结构的微距特写

这个反直觉的结果，来自2025年6月发在《International Journal of Impact Engineering》上的一篇论文。

波兰军事技术大学和德国Fraunhofer EMI合作，项目叫AMALIA，全称是面向轻量化装甲的金属负泊松比结构与材料增材制造，由欧洲防务局EDA出资。

回答马氏钢怎么靠一个形状同时扛住穿甲弹和爆炸冲击？我们通过这篇论文来简单拆解。

实心马氏钢弱在哪？

要理解这篇为什么重要，得先知道这个团队2021年踩过的坑。

那年他们测过实心的M300钢板。

结论是热处理后对子弹的减速能力涨了近九成，听着很猛，但板子还是被击穿了，而且因为材料变脆，命中后碎得更厉害。

问题的核心是，想让钢更硬更强，它就更脆；

越脆，挡子弹时就越容易整块崩碎，而不是稳稳地兜住。

再加上打印件内部难免有些微小孔隙，裂纹顺着孔隙一路扩散，碎得就更快。

那篇论文的结论是实心板这条道有明确上限，而3D打印马氏钢真正的用武之地是复杂形状，通过复杂形状（比如负泊松比的吸能结构）就有了全新的3D打印研究领域。

正是增材轻量化防护装甲。

3D打印不堆硬度，堆结构

新论文的核心思路不跟材料的硬脆跷跷板较劲，转去用结构主动逼弹芯碎裂。

他们一口气设计了八种镂空结构，全是那种受力时往里收、而不是往外胀的特殊几何（负泊松比结构）。

形状各异，有的像十字花瓣，有的像层层叠叠的双箭头，有的像沙漏，有的像内凹的六边形和星形。

直觉上这些花里胡哨的镂空，看着比实心板脆弱得多，可恰恰是这些窟窿和斜壁，成了对付穿甲弹的关键。

上图是研究测试的八种负泊松比结构，几何各不相同，每一种都对应一套不同的弹芯破坏方式

穿甲这头也升了级，2021年的研究用的是5.56毫米弹、防护标准的入门档。

2025年直接上7.62毫米穿甲弹，对标更高的二级甚至三级，难度高了一截。

经常玩FPS游戏的读者应该知道5.56和7.62mm对应的强度。

他们的研究采用仿真和实测结合。

先用真弹把几种实物打穿、打停，记下数据，再在电脑里建模，确认算出来的和打出来的对得上，然后才用模型去把八种结构一个个跑一遍。

省了实弹成本，又能把每种形状的表现摸清楚。

三种让弹芯碎掉的方式是关键

AM易道认为论文最值钱的部分，是看清了各种3D打印镂空结构到底怎么把弹芯弄废的，一共三种方式。

这是用每秒上万帧的高速相机配上仿真，一帧一帧抠出来的。

先贴出来：

相当有趣的组图，从上到下，弹尖被磨钝、弹芯被纵向劈裂、弹芯被弯折剪断；

最下一行是实心板，弹芯几乎没变形，反差一目了然。

左侧曲线是子弹速度一点点归零的过程。

再看图详细拆解下：

把弹尖磨钝，弹丸钻进结构，那些竖着排列的壁靠自身变形、弯折，一点点给弹减速，顺便把尖锐的弹尖磨平。

尖的弹好穿，钝的弹就难穿。

第二是把弹芯纵向劈开。

从弹尖变形开始，最后整根弹芯顺着轴线裂开、彻底停住。

还有一种关键的把弹芯弯折剪断。

这是主力打法。

因为镂空结构本身高低不平、受力不均，弹芯穿过去的时候一会儿被弯、一会儿被剪、一会儿被拉，几下就被掰断了，失去了往前钻的能力。

而看同样一发弹打在实心板上，弹芯几乎不变形，硬生生靠厚度顶住，这正是实心板的笨办法。

而镂空结构是智取，让弹自己折断。

这三种方式靠的都是只有3D打印才做得出的复杂几何，轧出来的钢板根本没法在内部排布这种斜壁和窟窿。

实弹测试真挡得住

这张图更是经典，其中一种镂空结构，他们真打印出来、真用穿甲弹打了。

上排是电脑仿真，下排是真弹打完的实物剖开，红圈里都是断成两截的弹芯，仿真和实测对得上。

至于哪几种形状最能打，研究结果也比较清晰。

八种里有两种表现，换三个不同位置打都能把弹挡下，一发没穿；

还有一两种表现也不错，下图很长，不同结构信息量很大。

但论文很诚实地点了代价，这几种最能挡的结构，比同样防护力的实心板要重一些。

换句话说，增材防护装甲吸能没问题但轻量化这事还没有落实。

进一步研究的内容就是给最能打的结构做减重优化。

3D打印的能与不能？
装甲的设计变量正在从选什么材料，往设计什么形状上挪。
但目前3D打印吸能结构挡得住但偏重，谁能把防护和减重兼得，将吃到市场的红利。
这也是为什么欧洲防务局愿意为这个方向掏钱研究，它压注的是更轻的装甲防住更猛的子弹或爆炸。

金属3D打印做防务，已经从矛和盾两端同时介入了。

从更新的材料，到用3D打印结构主动控制破坏与被破坏，越来越有趣。

未来能走多远？

让穿甲弹自己折断的，从这个3D打印应用角度来看，是结构对能量的重新分配。

这个逻辑一旦成立，能延伸的方向就不止挡子弹。

同样一套思路，往轻里做是单兵防弹插板、头盔、无人机的关键部位防护，往大里做是车辆底盘的抗爆夹层。

用几何结构主动控制材料如何崩坏的能力，对任何需要在极限冲击下吸能、缓冲、定向失效的场景都成立，从各类撞击防护到高速设备的安全结构都有对应研究和应用。

我们很多文章反复在扯的是3D打印稀缺性在于做出别人做不出来的形状，再用这个形状去实现传统工艺给不了的功能。

除了研发新材料之外，当形状本身变成了性能的来源，工程师可以为一个具体的目标去设计一个新结构。

而能把复杂形状一次成型变成现实的，目前主要手段就是增材制造。

回到最初的问题，3D打印马氏钢怎么扛住穿甲弹和爆炸？

一块3D打印镂空钢，比一块实心钢更扛打。

决定胜负的，正是3D打印重新构想结构的自由。