近日，瑞典RISE研究院的增材制造科學(xué)家Emil Johansson發(fā)布了一個新項(xiàng)目，展示了功能齊全的全3D打印船只。研究人員于12月中旬在瑞典西海岸測試了一艘3D打印的摩托艇，同時對活動進(jìn)行了流媒體直播，從畫面中可以看出這艘3D打印的小船能夠完美地在水面行駛。近年來，3D打印不斷發(fā)展，滲透了各行各業(yè)，給船舶工業(yè)帶來了新的機(jī)遇，有著不可估量的市場潛力。
萬物皆可打印
3D打印又稱“增材制造”（Additive Manufacturing），它的出現(xiàn)可以說顛覆了人們對傳統(tǒng)生產(chǎn)制造的認(rèn)知。
與普通打印機(jī)相比，3D打印機(jī)的工作原理和前者基本相同，只是打印材料有些不同。普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有粉末狀的金屬、陶瓷、砂，以及塑料等可粘合的打印材料。當(dāng)3D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)上的模型變成實(shí)物。
起初，3D打印主要是在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于某些產(chǎn)品或零部件的直接生產(chǎn)制造。到目前為止，增材制造技術(shù)已成功應(yīng)用于食品、藝術(shù)品、時裝、航空航天、汽車、醫(yī)療、建筑及教育等行業(yè)，被美國《時代》周刊列為“美國十大增長最快的工業(yè)”，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》則將其推崇為“第三次工業(yè)革命”。由此可見增材制造技術(shù)的優(yōu)勢與發(fā)展前景。
據(jù)公開信息，目前3D打印采用的主流技術(shù)有：FDM熔融沉積、SLS粉末材料選擇性激光燒結(jié)、DLP光固化、SLA光敏樹脂選擇性固化等。
根據(jù)CCID公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年，中國3D打印應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模29.23億元，占比達(dá)到64%；消費(fèi)領(lǐng)域應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模16.44億元，占比36%。船舶工業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)的一大組成部分，近年來也開始受到3D打印的影響。
船體到備件一網(wǎng)“打”盡
2019年10月10日，一艘長7.6米、重2268公斤的3D打印船在美國緬因大學(xué)(University of Maine)一個實(shí)驗(yàn)室公開亮相，這是有史以來體積最大的3D打印物和3D打印船。打印出這艘船的全球最大型打印機(jī)有21米長，造價(jià)250萬美元，每小時可噴射226.8公斤塑料聚合物顆粒。
2020年10月1日至6日舉行的的意大利熱那亞國際船舶展上，意大利科技初創(chuàng)公司Moi Composites，正式推出全球第一艘3D打印玻璃纖維船。這艘3D打印船長6.5米，寬2.5米，重約800公斤，采用了MOi公司的連續(xù)纖維制造（CFM）專利技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)將連續(xù)纖維熱固性復(fù)合材料的高性能，與增材制造工藝的潛力和優(yōu)勢結(jié)合。該工藝可以實(shí)現(xiàn)定制和高機(jī)械性能，這是傳統(tǒng)制造無法提供的。這種材料使產(chǎn)品堅(jiān)固耐用，重量輕，而機(jī)器人系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)打印尺寸的可擴(kuò)展性。
今年11月初，荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)家利用3D打印技術(shù)打印出了世界上最小的船只。船只長30微米，只有一根頭發(fā)絲的三分之一粗細(xì)，比細(xì)菌細(xì)胞大六倍。盡管極其微小，但是經(jīng)過電子顯微鏡放大后，可以看見它的設(shè)計(jì)十分精致，有一個開放的船艙、一根煙囪，甚至還有小舷窗。它雖然沒有推進(jìn)器，但船身上印了組成螺旋狀的微粒，令它可以用像開瓶器擰動的方式，在液體中推動前進(jìn)。研制者丹尼拉·卡夫表示：“在未來的臨床醫(yī)學(xué)中，對于治療診斷以及人體內(nèi)精準(zhǔn)靶向的藥物輸送，微型3D打印船只技術(shù)可能起到重要作用。”
3D打印除了船體，還延伸至船舶備件供應(yīng)領(lǐng)域。對于船舶來說，尤其是遠(yuǎn)洋油輪和遠(yuǎn)海航行或作戰(zhàn)的軍船，設(shè)備故障的修理是很常見的事情，為了應(yīng)付一些突發(fā)情況所需的零部件，要么隨船帶足事先預(yù)想的各種可能需要的零件；要么想辦法靠岸修理，這兩種選擇無論哪種都會帶來較高的修理成本和風(fēng)險(xiǎn)。將3D打印技術(shù)應(yīng)用到船舶備件的供應(yīng)鏈中，不失為一種很好的解決方法。
這對于海運(yùn)業(yè)中的一些大的運(yùn)營商而言，3D打印船舶備件正迅速成為一個非常有價(jià)值的高潛力業(yè)務(wù)領(lǐng)域。
近日，法國船級社（BV）和制造服務(wù)商3D metal Forge（3DMF）以及新加坡海工服務(wù)供應(yīng)商PACC Offshore Services Holdings（POSH）正在合作進(jìn)行海事行業(yè)增材制造聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目（JIP）。
一些活躍在海運(yùn)行業(yè)的大型公司，例如威廉森、蒂森克虜伯、尹森、瓦錫蘭、川崎重工，以及大型咨詢公司（例如DNV GL），正在進(jìn)行大量投資，開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施，通過增材制造技術(shù)生產(chǎn)船只備件，在按需求定制和數(shù)字倉庫能力方面受益。DNV GL已頒發(fā)證書，認(rèn)證蒂森克虜伯的TechCenter增材制造公司成為全球第一家海事應(yīng)用3D打印零件生產(chǎn)商。
3D打印優(yōu)勢盡顯
3D打印船舶與傳統(tǒng)的減材制造工藝相比具有眾多優(yōu)勢。傳統(tǒng)的減材制造工藝是指利用已有的幾何模型工件，用工具將材料逐步切削、打磨、雕刻，最終成為所需的零件。而3D打印即增材制造，是借助于3D打印設(shè)備，對數(shù)字三維模型進(jìn)行分層處理，將金屬粉末、熱塑性材料、樹脂等特殊材料一層一層地不斷堆積黏結(jié)，最終疊加形成一個三維整體。所以，首當(dāng)其沖的就是無材料損耗。3D打印按照所需直接建造，僅使用所必需的材料數(shù)量，不會產(chǎn)生多余的廢料。這使得造船的成本近一步降低，從而間接減少人工成本和建造周期。
每艘船在建造的時候都有自己不同的優(yōu)勢和使用場景。有的側(cè)重于速度，有的側(cè)重于平衡。有了3D打印機(jī)的加入，人們可以使用定制方式來創(chuàng)建船舶的零件，從而優(yōu)化船的整體性能，例如3D打印船身的骨架。3D打印只需根據(jù)自己的喜好調(diào)整3D模型即可。
在船舶輕量化建造方面，與傳統(tǒng)制造方法相比，3D打印生產(chǎn)的零件重量更輕。這就意味著船體能夠在保證足夠的強(qiáng)度時速度能夠變得更快，獲得更好的平衡性，降低減重帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
水上航行可能會出現(xiàn)很多察覺不到的風(fēng)險(xiǎn)，洶涌的水流會導(dǎo)致船體的損壞部分或顛簸；船殼長期在水里會變得很臟，一旦損壞或骯臟，船體將失去速度或效力；行駛過程中輕微的撞擊通常也會導(dǎo)致船體部件的損壞。而通過3D打印，人們可以快速進(jìn)行船體部件的維修與更換。
增材制造技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技工作者們一致認(rèn)為增材制造技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于船舶制造業(yè)，對造船業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
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