【印聯傳媒網訊】一直以來，技術進步都在不斷突破人們的想象。3D打印技術這個近來日漸升溫的概念，正在滲透到生產生活的各個角落，從房子、汽車，到國慶期間天安門廣場的花卉布置，3D打印似乎“無所不能”。如同在其他工業領域一樣，3D打印在船舶工業領域也有望大展拳腳。那么它是否會對傳統制造技術形成巨大沖擊，甚至取代后者?日前在北京造船工程學會組織召開的3D打印技術專題講座上，有關專家認為，作為一種變革性的制造新技術，3D打印有望與傳統制造技術各展所長，但是難以產生顛覆性的效果。

　　認識3D打印

　　3D打印，是一種利用激光、電子束或其他手段逐層疊加而直接、快速、精確制造零件的技術。其“打印”過程，是把通過設計或者掃描等方式做好的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。

　　俗稱的3D打印技術，還有一個學術性的名稱，叫“增材制造”。作為中國3D打印技術產業聯盟理事長王明華帶領的材料研發團隊成員，張述泉用通俗的語言介紹說，之所以叫增材制造，是因為從原理上講，用這一方法制造的零件是“生長”出來的，從無到有，與傳統加工生產的減材方式有所不同。其主要手段，包括熔合焊接、燒結、黏結，從整體而言，是一種集零件的結構設計、材料的制備方式和零件的加工方法為一體的先進技術。

　　憑借計算機自動控制、無模具、無工裝等特點，3D打印這一“逐層增加材料”的數字制造技術充分體現出其變革性。來自中國船舶重工集團公司經濟研究中心的曹林指出，在具體的制造過程中，這一技術相對于傳統制造技術，優勢盡顯。從制造周期來講，3D打印省去了傳統模具制作過程，使得制作周期大大縮短，一般幾個小時，甚至幾十分鐘，就可以完成一個模型的打印。從使用材料來看，3D打印系統可以實現不同材料的打印，來滿足不同領域的需要。例如，金屬、石料、高分子材料都可以應用于3D打印。與此同時，傳統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量明顯減少。

　　當然，成本也是一個關鍵因素。在這方面，3D打印的特殊之處在于，一方面，不管是一個模型還是多個，都以相同的成本打印出來;另一方面，傳統方式制造的物體形狀越復雜，制造成本越高，而利用3D打印技術制造形狀復雜的物體，成本不會隨之增加。曹林坦言：“在現階段，金屬材料3D打印具有較高的直接制造成本。從成本構成來看，設備和材料占據主體部分，但隨著技術的發展和市場規模的擴大，這兩方面都存在較大的下降空間，因而有望在未來帶動直接制造成本的下降。”

　　關注實際應用

　　任何一種技術要想擁有生命力，都不能“只中看不中用”，因此實際應用可謂關鍵。張述泉介紹說，用3D打印技術制造的產品具體可分為三大類，而每一類都有著各自的應用領域。其中，非金屬模型樣件主要用于文化藝術創意領域的新產品設計開發，非金屬生物醫學“支架”主要用于人體器官的體外或體內“培養”等，而高性能金屬構件則主要用于包括船舶工業在內的國防及工業重大裝備制造領域。

　　美國專門從事增材制造技術咨詢服務的Wohlers協會在2012年度的一份報告中指出，在過去的幾年中，航空零件制造和醫學是3D打印增長最快的應用領域。此外，其在消費產品和電子領域、汽車領域、工業設備領域均得到不同程度的應用。而根據最近的媒體報道，歐美等發達國家一些從事3D打印設備生產和技術服務的公司，已經將目光瞄準了市場規模巨大的船舶和海洋工程裝備制造業。

　　曹林認為，作為制造業的組成部分，船舶工業將不可避免地受到3D打印技術的影響。然而，實際情況如何呢?據介紹，有關部門組織的調研結果顯示，目前在國內，3D打印技術還處于起步階段，應用相當有限。已經涉足過3D打印技術領域的有中國船舶重工集團公司第十二研究所等4家單位。然而從這幾家單位的實踐來看，其應用要么是由于資金或者市場需求不足等原因而擱置，要么是專注在船舶之外的民用產品領域，也就是說，幾乎沒有真正用在船舶領域。

　　不過，3D打印在船舶工業的應用前景仍然是光明的，這當然也取決于3D打印所擁有的種種優勢。據了解，包括研發設計、船舶建造、配套設備制造、維修保障在內的船舶工業鏈各個環節，都能用得上3D打印技術。具體而言，在研發設計階段，利用3D打印技術制造新模型，可以更好地驗證和改進設計參數及思路，提高設計水平與效率。在船舶建造階段，3D打印不受曲率和形狀的限制，非常適合空間曲面結構零件的制作;可以有效解決三維曲面外板成型困難、制作效率低的問題;無須焊接，可提高建造效率，縮短建造周期。在船舶配套設備領域，根據3D打印技術的特點，其主要應用方向為動力機械類產品及其他設備機械部分的研發、設計和制造，如活塞式內燃機的機體、缸蓋及齒輪箱模具等。在維修保障方面，由于3D打印技術能夠直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，因此將給船舶的維修保障帶來重大變化。

　　張述泉也認為，未來，高性能金屬構件3D打印的一個主要發展方向，便是高性能難加工大型金屬構件的制造，其主要應用領域就是國防和工業重大裝備，包括航空航天、船舶、石油化工、電力等行業的大型裝備。面對這些工業領域產品的大型化、整體化和輕量化趨勢以及高性能、高可靠性、高壽命要求，3D打印將有效解決現有工業領域當中難以破解的大型裝備和大型零件等的制造難題。

　　并非“萬能神器”

　　看起來，3D打印相較于傳統制造技術有著種種優勢，甚至有可能撼動其地位。然而，業內專家并不這樣認為，他們呼吁理性認識3D打印這一新技術。“盡管作為一種變革性的制造新技術，3D打印的發展潛力巨大，但是它與傳統制造技術同為制造技術大家庭的成員，各有所長。”張述泉進而指出，3D打印并不會顛覆或者取代傳統的制造技術。他認為，3D打印有一定的適用范圍，包括利用貴而難加工的材料進行制造以及制作大而復雜的高性能整體構件等。

　　“3D打印技術還處于初級發展階段，并不是‘萬能神器’。”曹林對此表達了同樣的觀點，并且建議，當前對于已經成功應用3D打印技術制造的模型和產品，可在船舶工業中大力推廣應用。尤其是在研發設計階段，3D打印能夠與傳統制造技術形成優勢互補。

　　隨著技術的發展，3D打印在現有基礎上也有望發揮更大的作用，從而真正與傳統制造技術在各自的“勢力范圍”內顯身手。曹林表示，從中期看，一批船用復雜結構零件、特種零件、合金構件、復合材料構件的3D打印制造及修復技術有望實現突破，并最終朝大型化、輕量化方向發展。

　　當然，這樣的變化不是一朝一夕就能實現的，而是需要集結各方力量予以推動。曹林認為，3D打印涉及從基礎科學、工程化應用到產業化的各個層次，因此需要整合國內產、學、研相關資源，發揮各自優勢，促進3D打印在船舶工業的體系化發展。

　　針對目前的技術發展水平，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，但目前船舶工業的產品設計仍然以二維設計為主，因此要實現3D打印，需要進一步提升產品三維數字化設計能力和水平;應加強基礎科學研究，了解各種材料的局限性和優點，并結合企業需求，掌握3D打印材料和現有材料在性能、成本等方面的互換性;立足現有技術，引進可用于船舶工業的成熟3D打印技術及相關工藝，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證和樣件試制;積極開展原材料以及打印設備方面的標準研究。“從長期看，3D打印技術有望引領未來船舶工業的發展方向，推動現有船舶工業體系的變革。”曹林這樣認為。

責任編輯：魏盼