3D打印,也许下一个工业智能制造爆发点——3D打印与船舶制造

3D打印（3D printing），又称积层制造（Additive Manufacturing，AM），属于快速成形技术的一种，以数字模型文件为基础直接制造几乎任意形状三维实体的技术。

3D打印技术在工业设计，建筑工程和施工，汽车，航空航天，医疗产业，武器装备等领域都有所应用。

据BBC报道，全球每年有超过60万人需要进行血管重建手术。其中大于6毫米的“人造血管”已经实现了商品化，而小于6毫米的***血管制备则成为一个国际性的难题。现在，一个德国科学家团队利用利用3D打印技术成功研制出了人造血管，这项成果将成为广大器官移植者的福音。

世界上第一辆“打印汽车”日前在加拿大亮相，是一辆三轮、双座油电混合动力车，高速公路百公里油耗仅需1.17升（200英里/加仑），其耐用又环保时尚的特点令许多传统汽车都相形见绌。

3D打印技术之一，直接金属激光烧结（Direct metal laser sintering，DMLS）技术，通过激光将少量金属粉末融化，通过加热头挤出固化成设计的形状。这项技术可以打造出非常复杂的金属结构，用在建筑工程当中，可以制造出很多复杂的金属物件，改变建筑工程的模式。和浇铸不同，这些金属物件不需要模具，所以每一个都可以分别设计，在大量节省工时、材料等成本的同时，也节省了边角废料的费用。

近日，“全球首批3D打印实用建筑”10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付使用，作为当地动迁工程的办公用房。据悉，建造房屋不再需要建筑工人，仅用一台3D打印机就可以完成，打印这10幢房屋仅花费了24小时。

3D技术的畅想者们甚至提出打印活体细胞，克隆人体器官，克隆人的概念。

三亚思海创新机电工程设计有限公司研制的FDM型3D打印机成功制作出一艘小船，并下水试航成功。小船长2米，宽0.8米，高0.3米，重量35公斤，采用尼龙树脂材料，可搭乘两个成年人。

世界最大的集装箱航运公司马士基（Maersk）正在尝试在运输船上安装3D打印机，为船只打印零备件。

美国海军也尝试将一台3D打印机安装在一艘两栖攻击舰USS Essex 黄蜂级两栖攻击舰次舰上，希望3D打印机可以在船上打印一些零备件，以减少舰队的后勤补给。

现代船舶制造的技术现状

从船舶建造工艺的发展历史的来看，钢制船舶最大的革命性变革就是从铆接到焊接，其后的工艺进步多是技术的小改进，主要是提升效率、节约成本，但建造工艺技术的本质没有发生根本性变化。

现代造船工业的发展主要是靠要素的投入，比如产能提升、大船坞和大吊车、厂房加大、生产设备增加来推动。

数字化在造船领域的应用，如计算机管理、三维建模应用等方面越来越完善，智能化越来越强。生产过程的模拟技术，也是数字技术的一种应用，通过对生产流程的模拟、物料的模拟等来实现精细化管理。

在常规船型船舶的制造中，从钢材的预处理、套料、号料、下料、分拣、装配、焊接、打磨等到整个分段的形成，占整个单船制造人工时成本的25%左右，管系、舾装件的预装占整个单船制造人工时成本的15%左右。

而在各大船舶制造企业中，因分段装配场地和工时的限制、精度的限制，常常制约着整个生产计划与产能。众多企业在自身的分段产能达不到整体制造的产能的情况下都将分段的装配与制造外包。

3D打印制造与带来船舶制造领域集群产业的可能升级

2014年8月25日，北京造船工程学会“船舶与海洋工程应用3D打印技术”学术交流活动在北京举行。中船重工经济研究中心曹林在“关于3D打印技术在船舶领域应用的调查报告”中，介绍了船舶行业3D打印技术应用情况：从当前看，对于已经成功应用3D打印技术制造的模型和产品，可在船舶工业中大力推广应用，尤其在研发设计阶段，与传统制造技术形成互补；从中期看，一批船用复杂结构零件、特种零件、合金构件、复合材料构件的3D打印制造及修复技术有望突破，并最终向大型化、批量化方向发展；从长期看，3D打印技术有望引领未來船舶工业的发展方向，推动船舶工业体系的变革。

本文作者提出一个概想，3D打印智能制造造船技术的未来，应该是直接由矿业巨头提炼矿产后，根据船舶设计的模型直接3D打印智能制造出船舶分段与预舾装等结构件的半成品，从钢材的预处理、套料、号料、下料、分拣、装配、焊接、打磨，管系、舾装件的预装等到整个分段的形成。然后再进行设备等的安装与搭载合拢、调试。或许，某些设备也能在现场直接3D智能打印或者安装。

当然，这带来的是整个工程工业产业链的改变，建筑、道路桥梁、重型机械等产业，由矿业巨头直接对用户，中间集成商的作用越来越弱，代替的是智能设计服务。

4D打印

所谓第4维度指的是时间，该技术就是让物体随着时间的推移，自我进行变化。例如家具可以自行组装。该技术需要一种可以创造多层材料的特制3D打印机，水作为材料打印出后进行扩展的能量来源。把这种可自动变形的材料放入水中，它就能按照产品的设计自动折叠成相应的形状。

这项技术由麻省理工学院的自组装实验室开发和明尼苏达州和以色列合资的一家3D打印机制造商斯特塔西有限公司合作开发。
4D打印不但能够创造出有智慧、有适应能力的新事物，也许甚至还可以彻底改变传统的工业。

当然，未来科技的改变无法预测也不可估量，希望在不久的将来，3D、4D智能制造能够完全解放人力，解放造船工人的辛苦。

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