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(shù)的背景下，該技術(shù)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(yuǎn)？
- v; h8 a/ m* [  j1 |        　　技術(shù)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(shù)。
        　　3D打印是增材制造的俗稱，它始于20世紀(jì)80年代的快速成型技術(shù)，不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在一臺設(shè)備上就可以快速而準(zhǔn)確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件。
9 f$ W% `9 h0 m! K% u. h4 w        　　稱之為3D打印，是由于其與打印機(jī)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(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)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(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。
        　　多數(shù)專家認(rèn)為，3D打印完全不同于傳統(tǒng)制造方式的技術(shù)，將解決以前許多難以解決的制造難題，如果在醫(yī)療、藝術(shù)、生活等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，能給人們生活帶來深遠(yuǎn)影響，同時(shí)，其將在一定程度上改變以福特制裝配生產(chǎn)線為代表的大規(guī)模批量生產(chǎn)方式，給制造產(chǎn)業(yè)帶來重大影響。
        　　國防科技工業(yè)科技成果推廣轉(zhuǎn)化研究中心高級工程師呂德龍認(rèn)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(shù)的重大影響。首先，該技術(shù)將加快船舶工業(yè)新產(chǎn)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(shù)可以更好地驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)參數(shù)和思路，提高設(shè)計(jì)水平和效率。比如，設(shè)計(jì)一個(gè)新的零部件時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以同時(shí)拿出10種方案，并通過3D打印快速驗(yàn)證其合理性。即使是較大的船體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員的積極性，降低產(chǎn)品研發(fā)成本。
" V) O) s* {8 @        　　其次，能使配套產(chǎn)品生產(chǎn)更加經(jīng)濟(jì)快捷。由于船舶配套產(chǎn)品批量小，不少屬于定制性產(chǎn)品，3D打印可以隨時(shí)調(diào)整參數(shù)，更低成本地進(jìn)行小批量甚至單件產(chǎn)品的生產(chǎn)。同時(shí)，該技術(shù)可給配套產(chǎn)品的維修服務(wù)帶來極大便利。在艦船上，一些零部件需要更換時(shí)，只需將其原理圖發(fā)送到最近的3D打印機(jī)上，然后將必要的耗材放入3D打印機(jī)中即可制造出來。
. v, Z1 q  E( p        　　再次，其能夠生產(chǎn)傳統(tǒng)加工方法難以制造的產(chǎn)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(fù)雜的產(chǎn)品及外板等用這種方法加工起來十分困難。利用三維設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)則可在一臺設(shè)備上快速而準(zhǔn)確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，解決了許多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形問題，并且加工精度的提高使產(chǎn)品的性能更好。
        　　此外，3D打印的產(chǎn)品后期加工量少，可節(jié)省材料、減少庫存，而且可以減少數(shù)據(jù)的傳輸和零部件供應(yīng)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(rèn)為，對一些小型船體，通過3D打印可以直接成型。
; x7 M# [% A& Y. y/ M        　　憑借計(jì)算機(jī)自動控制、無模具、無工裝等特點(diǎn)，3D打印這一“逐層增加材料”的數(shù)字制造技術(shù)充分體現(xiàn)出其變革性。來自中國船舶重工集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)研究中心的曹林指出，在具體的制造過程中，這一技術(shù)相對于傳統(tǒng)制造技術(shù)，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(gè)小時(shí)，甚至幾十分鐘，就可以完成一個(gè)模型的打印。從使用材料來看，3D打印系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同材料的打印，來滿足不同領(lǐng)域的需要。例如，金屬、石料、高分子材料都可以應(yīng)用于3D打印。與此同時(shí)，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(fèi)量明顯減少。
　　市場前景值得期待
: o  V# m  Q1 ?        　　正因?yàn)榭粗辛?D打印技術(shù)的神奇之處，航運(yùn)界的“大佬”馬士基便來個(gè)先行先試。
# }) N  h, s2 Y' R7 G5 H        　　日前，全球最大的集運(yùn)公司馬士基宣布，該公司計(jì)劃采用3D打印機(jī)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(yùn)貿(mào)易的集運(yùn)公司，該公司稱將在旗下集裝箱船上安裝3D打印機(jī)。雖然這些打印機(jī)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(diào)查采用金屬粉末激光燒結(jié)打印的可能性及未來利用率。
        　　由于集裝箱船在航行期間內(nèi)，若船內(nèi)配件受損，短期內(nèi)難以迅速獲得廉價(jià)便捷的更換服務(wù)。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(jīng)理Martha Josefine Rehnberg表示，該公司將藍(lán)圖發(fā)到即將登船的船員手中，然后采用3D打印在幾小時(shí)內(nèi)獲得相應(yīng)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(gè)小時(shí)內(nèi)完成3D打印并將相應(yīng)部件安裝在船上。
6 }+ W, J' ?9 C8 ~3 `        　　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(shè)立一個(gè)創(chuàng)新中心——蔚山創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)革新中心。該中心將擔(dān)負(fù)多重任務(wù)。首先，它會被用來提升現(xiàn)代重工的技術(shù)力量。其次它將作為一個(gè)樞紐，孵化3D打印以及自動醫(yī)療服務(wù)行業(yè)相關(guān)的初創(chuàng)企業(yè)�，F(xiàn)代重工希望通過3D打印多個(gè)船舶構(gòu)件，在生產(chǎn)過程中節(jié)省時(shí)間和金錢，以推動該行業(yè)進(jìn)步。
        　　該公司在該中心項(xiàng)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(xiàng)專利與該中心的創(chuàng)業(yè)公司分享，使這些團(tuán)隊(duì)能夠在此基礎(chǔ)上開發(fā)出新的項(xiàng)目和產(chǎn)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(xué)的工程學(xué)生，以及各種創(chuàng)業(yè)公司，將共同圍繞著新技術(shù)，如3D打印，展開研究，其目標(biāo)是到今年年底在該中心實(shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn)15種主要船舶配件，而到2018年實(shí)現(xiàn)多達(dá)165種不同的船舶部件的本地化。現(xiàn)代重工預(yù)計(jì)，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。
& `3 H  g6 z' s0 L- f( O        　　在3D打印領(lǐng)域，中國是個(gè)后來者，但近年來技術(shù)進(jìn)步迅速，大有后來居上之勢。據(jù)新華社報(bào)道，中船重工第705研究所歷經(jīng)一年時(shí)間的研制，該所在3D打印機(jī)技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，借助直接金屬激光燒結(jié)快速成型技術(shù)實(shí)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(shù)的企業(yè)。
8 ?7 g6 X5 w8 q# e  H, n6 Z7 s        　　直接金屬激光燒結(jié)成型技術(shù)是3D打印技術(shù)領(lǐng)域王冠上的明珠。該技術(shù)因?yàn)橹苯佑酶吣芰康募す馊廴诮饘俜勰┏练e，同時(shí)燒結(jié)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(shí)體零件。而金屬本身是致密體重熔，不易產(chǎn)生粉末冶金那樣的成形時(shí)的空穴，結(jié)構(gòu)件致密度可達(dá)99%以上，接近鍛造的材料胚體。
        　　有業(yè)內(nèi)人士甚至設(shè)想出這樣的景象：隨著3D打印技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)或許有一天可以建立一個(gè)船舶3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖像數(shù)據(jù)庫，從螺母到螺栓，直至復(fù)雜的發(fā)動機(jī)零部件， 3D打印機(jī)都可以打印出一個(gè)合適的、按照具體規(guī)格制作的替代品。
* l, d- s& U7 H( S　　未來之路還有多遠(yuǎn)
        　　設(shè)想是美好的，然而現(xiàn)實(shí)中還有不少難以逾越的障礙。目前從材料以及技術(shù)原理來看，3D打印廣泛應(yīng)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。
        　　以馬士基運(yùn)用3D技術(shù)打印集裝箱船配件為例，并非想象的那么美好。
/ z! A. ~' O1 ?6 Y6 E        　　江南造船集團(tuán)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(yùn)動部件，如推進(jìn)主機(jī)、發(fā)電機(jī)、舵機(jī)等設(shè)備上的運(yùn)動零部件，但這些部件一般都是由原廠通過全球保修服務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供備件的并按一定的使用年限進(jìn)行更換。如果在船上進(jìn)行3D打印的話，必須帶大量的不同類型的原材料，其實(shí)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(yùn)動部件或有公差配合的零部件，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)必須要通過原始生產(chǎn)廠商和船級社的認(rèn)可，才可以安裝使用，自已生產(chǎn)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(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量能保證嗎？第三，打印機(jī)是個(gè)性化生產(chǎn)，成本高，到下一港口更換豈不更為方便可行，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠？第四，后續(xù)的保修服務(wù)如何進(jìn)行？原始生產(chǎn)廠商是否愿意延續(xù)？
        　　胡可一認(rèn)為，目前從材料，以及技術(shù)原理來看，3D打印機(jī)廣泛應(yīng)用于造船與配套業(yè)還有比較長的路要走。
$ g! v2 q  D6 k! k9 p" n        　　對此，業(yè)內(nèi)專家看法是比較一致的，來自中國船舶重工集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)研究中心的曹林指出：“3D打印技術(shù)還處于初級發(fā)展階段，并不是‘萬能神器’。”他建議，當(dāng)前對于已經(jīng)成功應(yīng)用3D打印技術(shù)制造的模型和產(chǎn)品，可在船舶工業(yè)中大力推廣應(yīng)用。尤其是在研發(fā)設(shè)計(jì)階段，3D打印能夠與傳統(tǒng)制造技術(shù)形成優(yōu)勢互補(bǔ)。
        　　隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印在現(xiàn)有基礎(chǔ)上也有望發(fā)揮更大的作用，從而真正與傳統(tǒng)制造技術(shù)在各自的“勢力范圍”內(nèi)顯身手。曹林表示，從中期看，一批船用復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特種零件、合金構(gòu)件、復(fù)合材料構(gòu)件的3D打印制造及修復(fù)技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)突破，并最終朝大型化、輕量化方向發(fā)展。
' X; N* m/ D3 g6 u! b( j+ r7 @        　　當(dāng)然，這樣的變化不是一朝一夕就能實(shí)現(xiàn)的，而是需要集結(jié)各方力量予以推動。曹林認(rèn)為，3D打印涉及從基礎(chǔ)科學(xué)、工程化應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化的各個(gè)層次，因此需要整合國內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研相關(guān)資源，發(fā)揮各自優(yōu)勢，促進(jìn)3D打印在船舶工業(yè)的體系化發(fā)展。
; c$ d- ^0 C% z5 Y        　　針對目前的技術(shù)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(chǎn)品設(shè)計(jì)仍然以二維設(shè)計(jì)為主，因此要實(shí)現(xiàn)3D打印，需要進(jìn)一步提升產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能力和水平；應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究，了解各種材料的局限性和優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)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(shù)，引進(jìn)可用于船舶工業(yè)的成熟3D打印技術(shù)及相關(guān)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(yàn)證和樣件試制；積極開展原材料以及打印設(shè)備方面的標(biāo)準(zhǔn)研究�！皬拈L期看，3D打印技術(shù)有望引領(lǐng)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�！辈芰诌@樣認(rèn)為。
　　前幾年曾經(jīng)流行過一句非主流語錄：理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。意思是，理想總是很美好的，但現(xiàn)實(shí)往往有很大差別。這個(gè)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?yàn)槔硐胫写��?D打印，與現(xiàn)實(shí)的確有比較大的差距。

hc2003

長遠(yuǎn)看是可行，短期看，小型船舶可以；因?yàn)樾⌒痛�舶為降低成�?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(shù)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。