3D打印技術將長期對傳統(tǒng)造船業(yè)產(chǎn)生革命性影響
2015-12-24 來源：中國船舶設備網(wǎng) 作者：
3D打印技術短時很難在造船業(yè)廣泛應用，但長期將對傳統(tǒng)造船業(yè)產(chǎn)生革命性影響。
3D打印技術作為“第三次工業(yè)革命的重要標志”，被認為是推動新一輪工業(yè)革命的重要契機。隨著“智能制造”和“工業(yè)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(yè)帶來的沖擊為切入點，綜合分析3D打印技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，認為3D打印技術短時很難在造船業(yè)廣泛應用，但長期將對傳統(tǒng)造船業(yè)產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物，只是因為知識產(chǎn)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(yè)已經(jīng)停業(yè)，而且其他幾家生產(chǎn)此技術打印機的制造商也陸續(xù)離開3D打印市場，因此該技術被認為已經(jīng)消亡。
3D打印技術現(xiàn)狀
3D 打印技術的應用可分為工業(yè)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(yè)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(chǎn)品開發(fā)服務的大企業(yè)和科研機構，迅速拓展至中小企業(yè)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(yè)。作為工業(yè)級 3D打印領域的領軍企業(yè)，兩家企業(yè)拓展下游領域、加強軟件與解決方案投入以及行業(yè)整合，產(chǎn)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(fā)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(yī)學、服裝、建筑、加點、機械制造和工業(yè)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(xiàn) 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(guī)模將從目前的 7500萬美元增加至 2018年的 12億美元，呈現(xiàn)爆發(fā)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(tǒng)技術
相對于傳統(tǒng)的材料去除，也就是切削加工技術，3D打印技術的優(yōu)勢是不需要傳統(tǒng)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(chǎn)品結構越復雜，其優(yōu)勢就越明顯。
3D打印技術在具備眾多優(yōu)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(yè)還無法得到廣泛應用，這是由3D打印技術的優(yōu)勢不能在船舶制造行業(yè)充分發(fā)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(chǎn)品通常要比打印機小。而船舶制造業(yè)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(tǒng)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(xiàn)有3D打印中相對較便宜的熱塑性塑料相比于傳統(tǒng)造船業(yè)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(yōu)勢無法發(fā)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(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，能極大地縮短產(chǎn)品的研制周期。傳統(tǒng)的造船業(yè)及配套業(yè)，通過標準化、規(guī)模化的流水線生產(chǎn)方式提高生產(chǎn)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(tǒng)。
精度不高，質量不穩(wěn)
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(tǒng)船舶制造利用“減材制造”所能達到的。另外，通過切割實現(xiàn)機械產(chǎn)品的強度、硬度都遠遠高于3D打印出的產(chǎn)品。
結束語
具有前沿性、先導性的3D打印技術能否在傳統(tǒng)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(fā)展，出現(xiàn)成熟穩(wěn)定的3D打印技術直接可以打印大尺寸、復雜構件；二是傳統(tǒng)的船舶為鋼質海船，隨著材料技術的發(fā)展，如有可替代鋼質材料的經(jīng)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(xiàn)實。
目前造船工業(yè)的發(fā)展主要是靠要素的投入，如大船塢、大廠房的投入來提高產(chǎn)能。目前，國家在推動傳統(tǒng)制造業(yè)升級，造船業(yè)也在積極推動數(shù)字化造船，如計算機管理、三維建模。隨著數(shù)字化的發(fā)展、智能化的提高，3D打印技術的發(fā)展和材料技術的革命性發(fā)展，3D打印技術終將對傳統(tǒng)造船業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。
投稿箱：
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
業(yè)界視點
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年7月 新能源汽車銷量情況
- 2025年7月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年7月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年7月 軸承出口情況
- 2025年7月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年7月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 新能源汽車銷量情況
- 2025年6月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 軸承出口情況
- 2025年6月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況