3D打印“造船” 可行嗎

寂靜天花板

在國家大力推動3D打印技術的背景下，該技術的發(fā)展會給船舶工業(yè)帶來什么？船舶3D打印之路還有多遠？
; y2 E' O; x  H2 N6 ]8 G        　　技術神奇令人驚嘆
        　　要想知道3D打印對船舶業(yè)的影響，首先要了解3D打印技術。
        　　3D打印是增材制造的俗稱，它始于20世紀80年代的快速成型技術，不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設計數據在一臺設備上就可以快速而準確地制造出任意復雜形狀的零件。
6 f  w3 A& a# L# i        　　稱之為3D打印，是由于其與打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同。3D打印使用的是金屬、陶瓷、塑料、砂等實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。
        　　多數專家認為，3D打印完全不同于傳統(tǒng)制造方式的技術，將解決以前許多難以解決的制造難題，如果在醫(yī)療、藝術、生活等領域得到廣泛應用，能給人們生活帶來深遠影響，同時，其將在一定程度上改變以福特制裝配生產線為代表的大規(guī)模批量生產方式，給制造產業(yè)帶來重大影響。
7 }8 u1 Q8 F1 Y9 S) f% b2 M/ J7 s        　　國防科技工業(yè)科技成果推廣轉化研究中心高級工程師呂德龍認為，作為制造業(yè)的組成部分，船舶工業(yè)將不可避免地受到3D打印技術的重大影響。首先，該技術將加快船舶工業(yè)新產品開發(fā)速度，降低開發(fā)成本。由于成型的便利，利用該技術可以更好地驗證和改進設計參數和思路，提高設計水平和效率。比如，設計一個新的零部件時，設計人員可以同時拿出10種方案，并通過3D打印快速驗證其合理性。即使是較大的船體設計也可以通過縮小比例的方式快速制作模型，這將極大地激發(fā)設計人員的積極性，降低產品研發(fā)成本。
        　　其次，能使配套產品生產更加經濟快捷。由于船舶配套產品批量小，不少屬于定制性產品，3D打印可以隨時調整參數，更低成本地進行小批量甚至單件產品的生產。同時，該技術可給配套產品的維修服務帶來極大便利。在艦船上，一些零部件需要更換時，只需將其原理圖發(fā)送到最近的3D打印機上，然后將必要的耗材放入3D打印機中即可制造出來。
$ L% ^2 D2 B7 E! u. G4 F- c        　　再次，其能夠生產傳統(tǒng)加工方法難以制造的產品，并且精度和光順度更高。傳統(tǒng)的制造方法是削除法，要通過多維加工將毛坯上不需要的地方切掉，一些復雜的產品及外板等用這種方法加工起來十分困難。利用三維設計和3D打印技術則可在一臺設備上快速而準確地制造出任意復雜形狀的零件，解決了許多過去難以制造的復雜結構零件的成形問題，并且加工精度的提高使產品的性能更好。
        　　此外，3D打印的產品后期加工量少，可節(jié)省材料、減少庫存，而且可以減少數據的傳輸和零部件供應商，有利于企業(yè)特別是軍工企業(yè)做好保密工作。有些人甚至認為，對一些小型船體，通過3D打印可以直接成型。
% C; j4 z" F: f! [; C5 A2 h        　　憑借計算機自動控制、無模具、無工裝等特點，3D打印這一“逐層增加材料”的數字制造技術充分體現(xiàn)出其變革性。來自中國船舶重工集團公司經濟研究中心的曹林指出，在具體的制造過程中，這一技術相對于傳統(tǒng)制造技術，優(yōu)勢盡顯。從制造周期來講，3D打印省去了傳統(tǒng)模具制作過程，使得制作周期大大縮短，一般幾個小時，甚至幾十分鐘，就可以完成一個模型的打印。從使用材料來看，3D打印系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同材料的打印，來滿足不同領域的需要。例如，金屬、石料、高分子材料都可以應用于3D打印。與此同時，傳統(tǒng)金屬加工過程中有大量金屬原材料被丟棄，而3D打印過程中金屬的浪費量明顯減少。
5 a+ {3 r  o, f# }　　市場前景值得期待
        　　正因為看中了3D打印技術的神奇之處，航運界的“大佬”馬士基便來個先行先試。
        　　日前，全球最大的集運公司馬士基宣布，該公司計劃采用3D打印機來制造集裝箱船上的部分船舶備件。作為目前擁有超過500艘集裝箱船用于全球海運貿易的集運公司，該公司稱將在旗下集裝箱船上安裝3D打印機。雖然這些打印機目前只能采用ABS熱塑性塑料打印，但馬士基表示，該公司正在調查采用金屬粉末激光燒結打印的可能性及未來利用率。
1 j9 ^; J# x# t' w& ~9 q; R% w6 u        　　由于集裝箱船在航行期間內，若船內配件受損，短期內難以迅速獲得廉價便捷的更換服務。因此3D打印似乎成為了一種完美的解決方案。馬士基的采購部門經理Martha Josefine Rehnberg表示，該公司將藍圖發(fā)到即將登船的船員手中，然后采用3D打印在幾小時內獲得相應部件。工程師可以在地面上收到船員信號后發(fā)出部件圖，讓船員在幾個小時內完成3D打印并將相應部件安裝在船上。
        　　對此，韓國也不甘落后。2015年7月15日，世界最大的造船企業(yè)現(xiàn)代重工宣布，該公司在韓國蔚山設立一個創(chuàng)新中心——蔚山創(chuàng)造經濟革新中心。該中心將擔負多重任務。首先，它會被用來提升現(xiàn)代重工的技術力量。其次它將作為一個樞紐，孵化3D打印以及自動醫(yī)療服務行業(yè)相關的初創(chuàng)企業(yè)�，F(xiàn)代重工希望通過3D打印多個船舶構件，在生產過程中節(jié)省時間和金錢，以推動該行業(yè)進步。
        　　該公司在該中心項目中還將與韓國其他兩大造船企業(yè)——三星重工、大宇造船&海洋工程（DSME）——共同攜手。這三家公司將提供2500項專利與該中心的創(chuàng)業(yè)公司分享，使這些團隊能夠在此基礎上開發(fā)出新的項目和產品，以更好地適用于這三家專利持有者。
        　　這三家大型造船企業(yè)將與蔚山大學的工程學生，以及各種創(chuàng)業(yè)公司，將共同圍繞著新技術，如3D打印，展開研究，其目標是到今年年底在該中心實現(xiàn)本地化生產15種主要船舶配件，而到2018年實現(xiàn)多達165種不同的船舶部件的本地化�，F(xiàn)代重工預計，通過制造業(yè)的本地化，每年可為韓國造船業(yè)節(jié)約20億美元左右的成本。
        　　在3D打印領域，中國是個后來者，但近年來技術進步迅速，大有后來居上之勢。據新華社報道，中船重工第705研究所歷經一年時間的研制，該所在3D打印機技術領域取得重大突破，借助直接金屬激光燒結快速成型技術實現(xiàn)了3D打印，成為繼美國、德國的3D打印巨頭之后，世界上第四家掌握該技術的企業(yè)。
        　　直接金屬激光燒結成型技術是3D打印技術領域王冠上的明珠。該技術因為直接用高能量的激光熔融金屬粉末沉積，同時燒結固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀的實體零件。而金屬本身是致密體重熔，不易產生粉末冶金那樣的成形時的空穴，結構件致密度可達99%以上，接近鍛造的材料胚體。
        　　有業(yè)內人士甚至設想出這樣的景象：隨著3D打印技術的持續(xù)發(fā)展，計算機或許有一天可以建立一個船舶3D計算機輔助設計圖像數據庫，從螺母到螺栓，直至復雜的發(fā)動機零部件， 3D打印機都可以打印出一個合適的、按照具體規(guī)格制作的替代品。
　　未來之路還有多遠
) u8 L0 f4 L0 Q+ y- [3 X        　　設想是美好的，然而現(xiàn)實中還有不少難以逾越的障礙。目前從材料以及技術原理來看，3D打印廣泛應用于造船與配套業(yè)的可能性還有待提高。其主要瓶頸主要集中在材料、規(guī)模及成本方面。
8 f' I: m7 Q1 ~: a3 Y: g( u, @        　　以馬士基運用3D技術打印集裝箱船配件為例，并非想象的那么美好。
- {9 j# i( p. l: n0 m7 ]) H        　　江南造船集團總工程師胡可一就此在媒體上發(fā)表了自己的看法，他說，由于馬士基并沒有說明打印哪種配件，對于集裝箱船來說，和常規(guī)船舶一樣其易損件多半是運動部件，如推進主機、發(fā)電機、舵機等設備上的運動零部件，但這些部件一般都是由原廠通過全球保修服務網絡提供備件的并按一定的使用年限進行更換。如果在船上進行3D打印的話，必須帶大量的不同類型的原材料，其實用性會大大折扣。此外，還有大量的操作性的問題需要解決，首先，如果是運動部件或有公差配合的零部件，其質量標準必須要通過原始生產廠商和船級社的認可，才可以安裝使用，自已生產的配件可以隨便用嗎？其次，船舶航行中的晃動搖擺，也不利于精密零件的生產，產品質量能保證嗎？第三，打印機是個性化生產，成本高，到下一港口更換豈不更為方便可行，經濟實惠？第四，后續(xù)的保修服務如何進行？原始生產廠商是否愿意延續(xù)？
        　　胡可一認為，目前從材料，以及技術原理來看，3D打印機廣泛應用于造船與配套業(yè)還有比較長的路要走。
        　　對此，業(yè)內專家看法是比較一致的，來自中國船舶重工集團公司經濟研究中心的曹林指出：“3D打印技術還處于初級發(fā)展階段，并不是‘萬能神器’。”他建議，當前對于已經成功應用3D打印技術制造的模型和產品，可在船舶工業(yè)中大力推廣應用。尤其是在研發(fā)設計階段，3D打印能夠與傳統(tǒng)制造技術形成優(yōu)勢互補。
        　　隨著技術的發(fā)展，3D打印在現(xiàn)有基礎上也有望發(fā)揮更大的作用，從而真正與傳統(tǒng)制造技術在各自的“勢力范圍”內顯身手。曹林表示，從中期看，一批船用復雜結構零件、特種零件、合金構件、復合材料構件的3D打印制造及修復技術有望實現(xiàn)突破，并最終朝大型化、輕量化方向發(fā)展。
        　　當然，這樣的變化不是一朝一夕就能實現(xiàn)的，而是需要集結各方力量予以推動。曹林認為，3D打印涉及從基礎科學、工程化應用到產業(yè)化的各個層次，因此需要整合國內產、學、研相關資源，發(fā)揮各自優(yōu)勢，促進3D打印在船舶工業(yè)的體系化發(fā)展。
  j: Z! Z' J+ g( `/ H; q  p  S        　　針對目前的技術發(fā)展水平，曹林提出了具體建議：由于3D打印的前提是有三維模型可供打印，但目前船舶工業(yè)的產品設計仍然以二維設計為主，因此要實現(xiàn)3D打印，需要進一步提升產品三維數字化設計能力和水平；應加強基礎科學研究，了解各種材料的局限性和優(yōu)點，并結合企業(yè)需求，掌握3D打印材料和現(xiàn)有材料在性能、成本等方面的互換性；立足現(xiàn)有技術，引進可用于船舶工業(yè)的成熟3D打印技術及相關工藝，并有針對性地開展可行性研究，條件成熟后可逐步開展工藝驗證和樣件試制；積極開展原材料以及打印設備方面的標準研究�！皬拈L期看，3D打印技術有望引領未來船舶工業(yè)的發(fā)展方向，推動現(xiàn)有船舶工業(yè)體系的變革。”曹林這樣認為。
　　前幾年曾經流行過一句非主流語錄：理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。意思是，理想總是很美好的，但現(xiàn)實往往有很大差別。這個語錄用在船舶3D打印發(fā)展歷程上，雖不能說是恰如其分，但也是比較貼切的。因為理想中船舶3D打印，與現(xiàn)實的確有比較大的差距。
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hc2003

長遠看是可行，短期看，小型船舶可以；因為小型船舶為降低成本 3D打印有很大優(yōu)勢

浮云DIY

3D打印目前而言體積和成本是成倍數級的增長的，熱變形無法解決，一艘?guī)资畤嵉拇�大概能等同于同等重量的黃金了。以后的路線恐怕也是走特殊零件制造路線，規(guī)模制造不是3D打印擅長的。