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| 3D打印“造船”技術(shù)神奇令人驚嘆 市場(chǎng)前景值得期待 |
| 來(lái)源：中國(guó)水運(yùn)報(bào) 時(shí)間：2015/11/16 14:32:22 瀏覽：900次 |
我國(guó)對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用從來(lái)沒(méi)像今天這樣重視：11月2日，李克強(qiáng)總理訪問(wèn)韓國(guó)時(shí)專門參觀了韓國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)設(shè)備技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和3D打印實(shí)驗(yàn)室；今年8月份，李克強(qiáng)在國(guó)務(wù)院先進(jìn)制造與3D打印專題講座上強(qiáng)調(diào)，加快3D打印、高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等新技術(shù)新裝備的運(yùn)用和制造；近日，我國(guó)首個(gè)國(guó)家3D打印工程實(shí)驗(yàn)室成立……
在國(guó)家大力推動(dòng)3D打印技術(shù)的背景下，該技術(shù)的發(fā)展會(huì)給船舶工業(yè)帶來(lái)什么？船舶3D打印之路還有多遠(yuǎn)？
技術(shù)神奇令人驚嘆
要想知道3D打印對(duì)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(tái)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。
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(guò)電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，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(lái)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(lái)重大影響。
國(guó)防科技工業(yè)科技成果推廣轉(zhuǎn)化研究中心高級(jí)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(kāi)發(fā)速度，降低開(kāi)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(guò)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(guò)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。
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(lái)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(lái)。
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(guò)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(lái)十分困難。利用三維設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)則可在一臺(tái)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(guò)去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形問(wèn)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(kù)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(duì)一些小型船體，通過(guò)3D打印可以直接成型。
憑借計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、無(wú)模具、無(wú)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(lái)自中國(guó)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(guò)程中，這一技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)制造技術(shù)，優(yōu)勢(shì)盡顯。從制造周期來(lái)講，3D打印省去了傳統(tǒng)模具制作過(guò)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(lái)看，3D打印系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同材料的打印，來(lái)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(guò)程中有大量金屬原材料被丟棄，而3D打印過(guò)程中金屬的浪費(fèi)量明顯減少。
市場(chǎng)前景值得期待
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(lái)個(gè)先行先試。
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(lái)制造集裝箱船上的部分船舶備件。作為目前擁有超過(guò)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(lái)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(gòu)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(hào)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。
對(duì)此，韓國(guó)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(guó)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(huì)被用來(lái)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(dòng)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(guò)3D打印多個(gè)船舶構(gòu)件，在生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)省時(shí)間和金錢，以推動(dòng)該行業(yè)進(jìn)步。
該公司在該中心項(xiàng)目中還將與韓國(guó)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(kāi)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(kāi)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(guò)制造業(yè)的本地化，每年可為韓國(guó)造船業(yè)節(jié)約20億美元左右的成本。
在3D打印領(lǐng)域，中國(guó)是個(gè)后來(lái)者，但近年來(lái)技術(shù)進(jìn)步迅速，大有后來(lái)居上之勢(shì)。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(guó)、德國(guó)的3D打印巨頭之后，世界上第四家掌握該技術(shù)的企業(yè)。
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(dòng)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(kù)，從螺母到螺栓，直至復(fù)雜的發(fā)動(dòng)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。
未來(lái)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(lái)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。
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(shuō)，由于馬士基并沒(méi)有說(shuō)明打印哪種配件，對(duì)于集裝箱船來(lái)說(shuō)，和常規(guī)船舶一樣其易損件多半是運(yùn)動(dòng)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(dòng)零部件，但這些部件一般都是由原廠通過(guò)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(huì)大大折扣。此外，還有大量的操作性的問(wèn)題需要解決，首先，如果是運(yùn)動(dòng)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(guò)原始生產(chǎn)廠商和船級(jí)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(dòng)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(lái)看，3D打印機(jī)廣泛應(yīng)用于造船與配套業(yè)還有比較長(zhǎng)的路要走。
對(duì)此，業(yè)內(nèi)專家看法是比較一致的，來(lái)自中國(guó)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(jí)發(fā)展階段，并不是‘萬(wàn)能神器’。”他建議，當(dāng)前對(duì)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(shì)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(shì)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。
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(dòng)。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(guó)內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研相關(guān)資源，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)3D打印在船舶工業(yè)的體系化發(fā)展。
針對(duì)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(duì)性地開(kāi)展可行性研究，條件成熟后可逐步開(kāi)展工藝驗(yàn)證和樣件試制；積極開(kāi)展原材料以及打印設(shè)備方面的標(biāo)準(zhǔn)研究�！皬拈L(zhǎng)期看，3D打印技術(shù)有望引領(lǐng)未來(lái)船舶工業(yè)的發(fā)展方向，推動(dòng)現(xiàn)有船舶工業(yè)體系的變革。”曹林這樣認(rèn)為。
延伸閱讀
3D打印機(jī)的由來(lái)
3D打印機(jī)（3D Printers)簡(jiǎn)稱(3DP)是一位名為恩里科·迪尼（Enrico Dini）的發(fā)明家設(shè)計(jì)的一種神奇的打印機(jī)，它不僅可以“打印”一幢完整的建筑，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品的形狀。
房子、器官、汽車、衣服、機(jī)器人……你能想象這些東西都可以打印出來(lái)嗎？3D打印的概念起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，近幾年逐漸大熱，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟稱它為“上上個(gè)世紀(jì)的思想，上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)，這個(gè)世紀(jì)的市場(chǎng)”。此前，部件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn)，而3D打印機(jī)的出現(xiàn)，將顛覆這一生產(chǎn)思路，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)均可以通過(guò)3D打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3D打印思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，并在20世紀(jì)80年代得以發(fā)展和推廣。3D打印是科技融合體模型中最新的高“維度”的體現(xiàn)之一。
19世紀(jì)末，美國(guó)研究出了的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，隨后產(chǎn)生了打印技術(shù)的3D打印核心制造思想。
20世紀(jì)80年代以前，三維打印機(jī)數(shù)量很少，大多集中在“科學(xué)怪人”和電子產(chǎn)品愛(ài)好者手中。主要用來(lái)打印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據(jù)塑料模型去訂制真正市面上買到的零部件。
到20世紀(jì)80年代后期，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種可打印出三維效果的打印機(jī)，并已將其成功推向市場(chǎng)，3D打印技術(shù)發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用。普通打印機(jī)能打印一些報(bào)告等平面紙張資料。而這種最新發(fā)明的打印機(jī)，它不僅使立體物品的造價(jià)降低，且激發(fā)了人們的想象力。未來(lái)3D打印機(jī)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。
1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞，當(dāng)時(shí)的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。
2003年以來(lái)三維打印機(jī)的銷售逐漸擴(kuò)大，價(jià)格也開(kāi)始下降。
編后
前幾年曾經(jīng)流行過(guò)一句非主流語(yǔ)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(yǔ)錄用在船舶3D打印發(fā)展歷程上，雖不能說(shuō)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。
近一年來(lái)，3D打印在國(guó)內(nèi)日漸升溫，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。按專家的說(shuō)法，只需要在電腦中將產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)好，通過(guò)相連的3D打印機(jī)，就可以打印出需要的物品來(lái)，國(guó)外已經(jīng)通過(guò)3D打印機(jī)打印出槍支、自行車、汽車等。目前這一技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到更多的行業(yè)。然而，船舶配套產(chǎn)品與其他產(chǎn)品有著明顯不同，其產(chǎn)品構(gòu)成更加精密復(fù)雜。況且，這一技術(shù)還處于發(fā)展的初級(jí)階段，應(yīng)用范圍有限，即便技術(shù)成熟，它也不是“孫悟空的金箍棒”，想變什么就變什么，因此，不宜盲目追捧;另一方面，也要看到3D打印可能給制造業(yè)帶來(lái)的巨大影響，加強(qiáng)跟蹤、研究和應(yīng)用，才能更好地利用這項(xiàng)技術(shù)，讓船舶工業(yè)搭上新技術(shù)的快車，不斷前行。
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