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3D打印技術將（jiāng）長期對傳統造（zào）船業產（chǎn）生革命性影響

2015-12-24 來源：中（zhōng）國船舶設備網作者：

　　3D打印技術短時很難在造（zào）船業廣泛應用，但長期將對傳統造船業產（chǎn）生革命性影響。

3D打印技術作為“第三（sān）次工業革命的（de）重要標誌”，被認為是推動新一輪工業革命的重要契機。隨著“智能製造”和“工業4.0”概念的提出，3D 打印技術在船舶製造領域的應用也成為（wéi）熱議話題。

本文運用文獻研究法和觀察法，以3D打印技術將給製造業帶來的（de）衝擊為切入點，綜合分析（xī）3D打印技術和產業發展現（xiàn）狀，認為（wéi）3D打印技術短時很難在造船業廣泛應用，但長期將對傳（chuán）統（tǒng）造船業產生革命（mìng）性影響。

主流的3D打印技（jì）術

3D打印（yìn）技術是（shì）快速成形技術的一種，也叫作（zuò）增（zēng）材製造。基本原理是通（tōng）過計算機輔助設計或者掃描（miáo）等做好（hǎo）3D模型；按照某一（yī）坐標（biāo）軸切成無限多個剖麵，然後（hòu）一層一（yī）層打印出來，並按原來的（de）位置堆積（jī）到一起，形成一個實體的立體模型。其工藝流程一般分為三（sān）步，即三維建模、產（chǎn）品成型和成（chéng）品後（hòu）處理。

目前有十幾種切實可行的快速成形技術，但幾（jǐ）乎所有技術都基於以下三種（zhǒng）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（sù）性（xìng）塑料在離開打印機（jī）噴頭的時候迅速凝固成型。目前市場上（shàng）存在的“熔融沉積成型”、“塑料噴印”、“熔絲建模”、“熔絲製造”或“熔融沉積法”都是（shì）屬於這種原理的產物，隻是因為（wéi）知識產權問題（tí）而叫法不同（tóng）。

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（gù）體從而（ér）形成物理層。這種液體暴露於激光或其他（tā）光源中時會變硬，如（rú）“光（guāng）固化快速成型工藝（yì）”、“感光性樹脂噴射（shè）”、“多噴頭建模（mó）”和“噴墨（mò）感光性樹脂”。

三（sān）是，通過逐層粘合一種不常見的精細粉末來製作模型。這種“顆粒狀材料（liào）的粘（zhān）合”既（jì）可以通過噴射液體膠水或粘（zhān）合每一（yī）粉末（mò）層達到，又可以通（tōng）過激光或其他熱源來熔化粉末顆粒（lì）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（jī）技術”和“電子束熔煉技術”。

另外還有“分層實體製造技術”，是（shì）通過使（shǐ）用激光切割器將紙張、塑料（liào）或金屬箔粘合在一起（qǐ），再利用供給設備把材料推到製作平台上，用輥（gǔn）（通常是加熱（rè）的（de））在（zài）薄（báo）板上碾（niǎn）壓，最後位於上方的激光在（zài）薄板上切割出物體層輪廓，然後降低製作平台。此過程不斷重複，直至打印完（wán）成整個物體。然而提供此（cǐ）技（jì）術的企業已經停業，而且其他幾家生產此技術打印機的製造商也陸續離開（kāi）3D打印市（shì）場，因（yīn）此該技術被（bèi）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（jí）和消費級兩種（zhǒng）。1986年，美國 3D Systems成立，兩年後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（jù）大的市場。3D打（dǎ）印設備用戶（hù）由原來為自己的產品（pǐn）開（kāi）發服務（wù）的大（dà）企業和科研機構，迅（xùn）速拓展至（zhì）中小企業甚（shèn）至是3D打印的個（gè）人愛好者。目前，全（quán）球（qiú）有兩家3D打印機製造（zào）巨頭——3D Systems 和Stratasys，均為（wéi）美國上市企業。作為工業（yè）級（jí） 3D打印領域的領軍（jun1）企業，兩家企業拓展下遊領（lǐng）域、加強軟（ruǎn）件與解決方案投入以及行業整合（hé），產品範圍小（xiǎo）到生（shēng）物血管（guǎn），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（shāng）進入3D打印領（lǐng）域，如（rú）德國的Voxeljet和美國的ExOne等中小型3D打印製造商。3D打印技術（shù）的應用也從最初（chū）的科研研究延展到醫（yī）學、服裝、建築、加點、機械製（zhì）造和工業造型等領域。

隨著（zhe）全球3D打印技術的成熟， 3D打印市場（chǎng）步入高增長（zhǎng）。Canalys預計到 2018年3D打印機的市場銷（xiāo）售（shòu）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（lǜ）。Juniper Research預計中國 3D打印（yìn）機和（hé）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（zhǎng），至 2018年占全球市（shì）場的份額增長至 7.4% 。

3D打印技術與傳統技術

相對於傳統的材料去除，也（yě）就是切削加工技術（shù），3D打印技術的優勢是不需要傳統的刀具和夾具以（yǐ）及多道加工工序，即可快速精密地造出形狀複雜的（de）零件，從而大幅縮短加工工期。因此，所製產品結構越（yuè）複雜，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（jú）限性。

3D打印技術在（zài）造船上的應用

目前，3D打印技術在船舶製（zhì）造行業還無法（fǎ）得到廣泛（fàn）應用，這是（shì）由3D打印技術的優勢不能在船舶製造行業充分（fèn）發揮決定的。

尺寸受限

由於3D打（dǎ）印機是一種包容性的打印（yìn）設備，產品通（tōng）常要比打印（yìn）機小（xiǎo）。而（ér）船（chuán）舶製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（de）結構（gòu）。

材料昂貴

目（mù）前，合適3D打印的材料有塑料、陶瓷、合金多種，但相對於傳統造船上大量使用的材料——鋼材來說還（hái）是貴很多。即使使用在現有3D打印中相對較（jiào）便宜的（de）熱塑性塑料相（xiàng）比於傳統造船業（yè）的（de）鋼（gāng）材仍然貴很多（duō），且船舶製造並沒有太多部件適合熱（rè）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（tú）形數據中生成任何形狀的零件（jiàn），能極大地縮短產品的研製周期。傳統的造船業（yè）及配（pèi）套業，通過標準化、規模（mó）化的流水線生產方式（shì）提高生產效率。目前3D打印技（jì）術更多用（yòng）來打印（yìn）尺寸小、結構較為（wéi）簡單的零件，不能用來打印複雜的係統。

精度不高，質量不（bú）穩

由於3D打印是一項新（xīn）技術，目前（qián）的精度範（fàn）圍在0.01毫米，遠低於傳統船舶製造利用“減材製造”所能達到的。另（lìng）外，通過（guò）切割實現機械產品的（de）強度、硬度都遠遠高於3D打印（yìn）出的產品。

結束語

具（jù）有前沿（yán）性、先導性的3D打印（yìn）技術能否在傳統製造領（lǐng）域得到廣泛應用，取決於兩方麵（miàn）的進（jìn）步：一是3D打印技術的發展，出現成熟穩定的3D打印技（jì）術直接可以打印大尺寸、複雜構件；二是傳統的船（chuán）舶為鋼質（zhì）海船，隨著材料技術的發展，如有可替（tì）代鋼質（zhì）材料的經濟（jì）、可靠的高分子合成（chéng）材料，那麽用3D打印（yìn）高分子合成材料海船（chuán）或將成為現實。

目前造船工業的發展主要是靠（kào）要素的投入，如（rú）大船塢、大廠房的投入來提高產能。目前，國家在推動傳統製造業升級，造船業也在積極推動數字（zì）化造船，如計算（suàn）機（jī）管理、三維建模。隨（suí）著數字化的發展、智能（néng）化的提高，3D打印（yìn）技術的發展和材料技術的革（gé）命性發展，3D打印技術終將對傳統造（zào）船業產生革（gé）命性的影響。

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