3D打印技術將長期對傳統造船業產生革命性影響
2015-12-24 來源：中國船舶設備網 作者：
3D打印技術短時很難在造船業廣泛應用，但長期將對傳統造船業產生革命性影響。
3D打印技術作為“第三次工業革命的重要標志”，被認為是推動新一輪工業革命的重要契機。隨著“智能制造”和“工業4.0”概念的提出，3D 打印技術在船舶制造領域的應用也成為熱議話題。
本文運用文獻研究法和觀察法，以3D打印技術將給制造業帶來的沖擊為切入點，綜合分析3D打印技術和產業發展現狀，認為3D打印技術短時很難在造船業廣泛應用，但長期將對傳統造船業產生革命性影響。
主流的3D打印技術
3D打印技術是快速成形技術的一種，也叫作增材制造。基本原理是通過計算機輔助設計或者掃描等做好3D模型；按照某一坐標軸切成無限多個剖面，然后一層一層打印出來，并按原來的位置堆積到一起，形成一個實體的立體模型。其工藝流程一般分為三步，即三維建模、產品成型和成品后處理。
目前有十幾種切實可行的快速成形技術，但幾乎所有技術都基于以下三種基本原理。
一是，通過擠壓打印噴頭來形成鑄件或半液體材料。最常見的方法是擠壓不斷流出的熱塑性塑料，這種熱塑性塑料在離開打印機噴頭的時候迅速凝固成型。目前市場上存在的“熔融沉積成型”、“塑料噴印”、“熔絲建模”、“熔絲制造”或“熔融沉積法”都是屬于這種原理的產物，只是因為知識產權問題而叫法不同。
二是，通過使一種不常見的被稱作“感光性樹脂”的液體變成固體從而形成物理層。這種液體暴露于激光或其他光源中時會變硬，如“光固化快速成型工藝”、“感光性樹脂噴射”、“多噴頭建模”和“噴墨感光性樹脂”。
三是，通過逐層粘合一種不常見的精細粉末來制作模型。這種“顆粒狀材料的粘合”既可以通過噴射液體膠水或粘合每一粉末層達到，又可以通過激光或其他熱源來熔化粉末顆粒來形成。如“粘合劑噴射技術”、“選擇性激光燒結技術”、“定向能量沉積技術”和“電子束熔煉技術”。
另外還有“分層實體制造技術”，是通過使用激光切割器將紙張、塑料或金屬箔粘合在一起，再利用供給設備把材料推到制作平臺上，用輥（通常是加熱的）在薄板上碾壓，最后位于上方的激光在薄板上切割出物體層輪廓，然后降低制作平臺。此過程不斷重復，直至打印完成整個物體。然而提供此技術的企業已經停業，而且其他幾家生產此技術打印機的制造商也陸續離開3D打印市場，因此該技術被認為已經消亡。
3D打印技術現狀
3D 打印技術的應用可分為工業級和消費級兩種。1986年，美國 3D Systems成立，兩年后推出了第一款工業化的“3D打印”設備——SLA-250，短短幾年形成了巨大的市場。3D打印設備用戶由原來為自己的產品開發服務的大企業和科研機構，迅速拓展至中小企業甚至是3D打印的個人愛好者。目前，全球有兩家3D打印機制造巨頭——3D Systems 和Stratasys，均為美國上市企業。作為工業級 3D打印領域的領軍企業，兩家企業拓展下游領域、加強軟件與解決方案投入以及行業整合，產品范圍小到生物血管，大到飛機鈦合金主承力構件。隨著3D打印技術的發展，目前全世界已有越來越多的廠商進入3D打印領域，如德國的Voxeljet和美國的ExOne等中小型3D打印制造商。3D打印技術的應用也從最初的科研研究延展到醫學、服裝、建筑、加點、機械制造和工業造型等領域。
隨著全球3D打印技術的成熟， 3D打印市場步入高增長。Canalys預計到 2018年3D打印機的市場銷售額可達到 162億美元（包括打印機、材料和相關服務），呈現 40%～50%的年均高速增長率。Juniper Research預計中國 3D打印機和相關的材料市場規模將從目前的 7500萬美元增加至 2018年的 12億美元，呈現爆發式增長，至 2018年占全球市場的份額增長至 7.4% 。
3D打印技術與傳統技術
相對于傳統的材料去除，也就是切削加工技術，3D打印技術的優勢是不需要傳統的刀具和夾具以及多道加工工序，即可快速精密地造出形狀復雜的零件，從而大幅縮短加工工期。因此，所制產品結構越復雜，其優勢就越明顯。
3D打印技術在具備眾多優勢的同時，也存在不少局限性 。
3D打印技術在造船上的應用
目前，3D打印技術在船舶制造行業還無法得到廣泛應用，這是由3D打印技術的優勢不能在船舶制造行業充分發揮決定的。
尺寸受限
由于3D打印機是一種包容性的打印設備，產品通常要比打印機小。而船舶制造業的結構尺寸比目前3D打印尺寸要大很多，使得3D打印很難打印出合適的造船上需要的結構。
材料昂貴
目前，合適3D打印的材料有塑料、陶瓷、合金多種，但相對于傳統造船上大量使用的材料——鋼材來說還是貴很多。即使使用在現有3D打印中相對較便宜的熱塑性塑料相比于傳統造船業的鋼材仍然貴很多，且船舶制造并沒有太多部件適合熱塑性塑料。
時效性優勢無法發揮
雖然3D打印無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，能極大地縮短產品的研制周期。傳統的造船業及配套業，通過標準化、規模化的流水線生產方式提高生產效率。目前3D打印技術更多用來打印尺寸小、結構較為簡單的零件，不能用來打印復雜的系統。
精度不高，質量不穩
由于3D打印是一項新技術，目前的精度范圍在0.01毫米，遠低于傳統船舶制造利用“減材制造”所能達到的。另外，通過切割實現機械產品的強度、硬度都遠遠高于3D打印出的產品。
結束語
具有前沿性、先導性的3D打印技術能否在傳統制造領域得到廣泛應用，取決于兩方面的進步：一是3D打印技術的發展，出現成熟穩定的3D打印技術直接可以打印大尺寸、復雜構件；二是傳統的船舶為鋼質海船，隨著材料技術的發展，如有可替代鋼質材料的經濟、可靠的高分子合成材料，那么用3D打印高分子合成材料海船或將成為現實。
目前造船工業的發展主要是靠要素的投入，如大船塢、大廠房的投入來提高產能。目前，國家在推動傳統制造業升級，造船業也在積極推動數字化造船，如計算機管理、三維建模。隨著數字化的發展、智能化的提高，3D打印技術的發展和材料技術的革命性發展，3D打印技術終將對傳統造船業產生革命性的影響。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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