探討3D打印技術在航運業中發揮的作用？

2017-06-09

3D打印又稱增材制造，是一種快速成形技術。其與采用切削或鉆孔（即減材工藝）方式的傳統機械加工技術不同，它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層疊加累積，即“積層制造”方式來直接構造物體。

3D打印技術被“經濟學家”雜志譽為“第三次工業革命”的代表性技術，現產業價值約為40億美元，并以60％的年增速發展，已經在醫學、汽車、航空和航天工業領域得到應用和推廣，主要用于成品和部分精密零部件的制造，預計整個行業到2020年將實現210億美元的產值。

3D打印一般由三維設計、3D打印和后處理三個關鍵過程組成。

三維設計是通過計算機輔助設計(CAD）或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，從而指導打印機逐層打印。設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是STL文件格式，一個STL文件使用三角面來大致模擬物體的表面，三角面越小其生成的表面分辨率越高。如果對現有產品進行復制，則可以使用PLY等掃描器，對物品掃描來生成VRML或者WRL格式的三維文件作為全彩打印的輸入文件。

       打印過程是通過打印機讀取STL文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。打印機打出的截面厚度（即Z方向）以及平面方向（即X-Y方向）的分辨率是以dpi（每英寸像素數）或者以微米來計算，一般Z方向厚度為100微米（即0.1毫米），部分高精度打印機甚至可以打印16微米厚度；而X-Y平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”直徑通常為50到100個微米。用傳統方法需數小時到數天制造出的模型，根據打印機性能以及模型尺寸和復雜程度，用3D打印可縮短為一到幾個小時。

表面處理是為了獲得更高分辨率的物品表面，先用當前3D打印機打出稍大一點的物體，再經過表面打磨從而得到表面更加光滑的“高分辨率”物品。應當注意目前的3D打印機分辨率對大多數應用來說已經完全足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），從而不必再進行表面處理。

      傳統的制造技術如注塑法可以較低的成本大量制造聚合物產品，而3D打印技術則可以以更快速、更有彈性和更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的3D打印機就可以滿足設計者或概念開發小組制造模型的需要。3D打印以往常常被用于制造模型和模具，但隨著3D打印機和“墨水”制造技術的成熟，3D打印正被用于一些產品的直接制造，特別是高價值產品（如人體關節和重要設備零部件等）。

目前3D打印技術在航運業已經有了成功的應用。例如通用電氣公司使用3D打印技術制造的燃油噴嘴，不僅在強度上是傳統技術制造產品的5倍，而且重量減輕了25％；到2020年該公司計劃將整個燃油直噴發動機30％的零部件通過3D打印技術制造。

據悉，馬士基油輪已經對3D打印技術在航運業的應用前景進行了研究，發現3D打印技術首先可以用來解決整個航運業所面臨的零部件供應鏈頑疾，如果船員可以在船上直接打印出他們急需的零部件，將有效縮短交貨時間，并且將顯著減少備件倉儲、貨品包裝、空運/陸運、報關通關以及租船靠泊上貨等環節的成本，同時原先在部分基礎設施較差的區域無法提供備品備件的困難也將迎刃而解。其次，3D打印還對航運業未來的可持續發展大有益處，因為傳統的消減制造過程中每次鉆孔、每次切削都在浪費原材料和金錢，而使用3D增量打印技術，不僅可以靈活地制造出那些具有獨特結構形式的產品或零部件，而且還可以實現原材料和金錢的“零浪費”。

與一臺單價2.5萬美元的塑料材質打印機相比，雖然目前一臺金屬材質3D打印機的價格高達100萬美元，但隨其在工業界的不斷推廣和技術的進步，有理由相信價格將快速下降到中高端應用級水平（但不要期望其可以替代常規生產），那么3D打印技術將會對航運和相關制造業帶來哪些變化和挑戰呢？