【行業(yè)觀察】3D打印或成下一個航運變革爆發(fā)點

將2017年定義為航運業(yè)的科技年并不為過，區(qū)塊鏈、智能船、3D打印……科技將改變航運業(yè)的判斷已成為業(yè)界共識。隨著3D打印技術的興起，“工業(yè)革命的第三次浪潮”正在襲來。3D打印技術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。

當前，世界各國紛紛將3D打印技術作為未來產業(yè)發(fā)展的新增長點。在相關科技水平不斷提升的背景下，3D打印技術已成為“中國制造2025”的發(fā)展重點，《增材制造產業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》的出臺，也代表了國家對增材制造的重視。那么，3D打印技術現(xiàn)階段在航運業(yè)有何實際應用？面臨哪些機遇和挑戰(zhàn)？中國造船業(yè)中3D打印發(fā)展前路如何？

航運業(yè)試水黑科技
3D打印技術是快速成形技術的一種，又稱增材制造。始于20世紀80年代的快速成型技術，其概念則起源于更早的19世紀美國，直到最近幾年才逐漸發(fā)展成一項熱門技術，因此也被稱為“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。

3D打印，是直接從數(shù)字模型通過材料堆積來生產三維實體的技術，由于其加工過程省去了開模、削切等中間繁雜流程，因而在小批量、結構復雜的實體加工方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，據(jù)測算可以縮短加工周期70%以上，節(jié)省材料90%以上，降低一般制造費用50%以上�！�3D打印對航運業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展大有益處”中國船級社總裁辦主任周立偉告訴記者，“傳統(tǒng)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(xiàn)原材料和金錢的‘零浪費’�！�

據(jù)了解，目前3D打印技術在航運業(yè)已經有了成功的應用。去年在荷蘭，全球首個3D打印的船用螺旋槳誕生，法國船級社（BV）在測試階段參與其中，通過嚴格的試驗驗證了3D打印螺旋槳的適用性。RAMLab研究人員表示，3D打印技術是制造螺旋槳概念的一個根本改變。采用增材制造，就能打印原則上需要的絕大多數(shù)金屬零件，這些技術將對未來的供應鏈造成巨大沖擊。3D打印螺旋槳的成功顯示了海事領域3D打印技術應用的前景，RAMLab首席執(zhí)行官Allard Castelein表示這個項目向造船業(yè)展示了用于生產船舶部件的3D打印技術的潛力。今年年初，西班牙在造船的過程中也采用了3D打印技術，西班牙最大的軍艦建造廠納萬蒂（Navantia）宣布將在西班牙南部的安達盧西亞地區(qū)打造一個配備了最前沿技術的造船廠——Shipyard4.0，其中就包括了3D打印技術，根據(jù)造船廠總監(jiān)PabloLopez的說法，“造船廠4.0有明確的目標，即降低成本，縮短工期，提高產品質量和工藝水平，實現(xiàn)公司的競爭力。可以預見，在不久的將來，這項技術將是我們生產的重要組成部分�！�

國防科技工業(yè)科技成果推廣轉化研究中心高級工程師呂德龍認為，作為制造業(yè)的組成部分，船舶工業(yè)將不可避免地受到3D打印技術的重大影響。首先，該技術將加快船舶工業(yè)新產品的開發(fā)速度，降低開發(fā)成本。由于成型的便利，利用該技術可以更好地驗證和改進設計參數(shù)和思路，提高設計水平和效率。

除了上述一些應用，3D打印技術在船舶領域還有許多其他實際應用，比如新加坡Tru-Marine公司利用3D打印快速維修和制造渦輪增壓器部件、鹿特丹將建3D打印中心以快速維修到港船舶等。由于目前3D打印已能使用金屬材料，世界上一些知名的大型公司也對此產生了濃厚的興趣，想借此來提升生產速度，以及花費更低的成本，創(chuàng)造出更復雜、更輕便的零件。

除了船上，3D打印技術在岸上的使用也明顯增多，比如制造用于常規(guī)水池試驗和檢測空氣動力學的船模。位于美國卡德洛克的海軍水面作戰(zhàn)中（NSWC）里，有團隊已成功利用3D打印技術按比例制作出了1艘尺度大、結構復雜的美國海軍醫(yī)院船（T-AH 20）模型，將用于測試船上風力氣流的情況以提升直升機作業(yè)時的安全性。該船模不僅制作精良，而且比起人工方式明顯更快，因為打印機可以24小時不間斷工作。團隊工程師稱，3D打印技術使他們在船模制造上如虎添翼，可以提供更快、更精準、更低成本的艦船模型。

“金剛鉆”是否能攬“瓷器活”
按需制作的船用部件，讓我們看到了造船業(yè)應用3D打印的可能，但不可否認的是，這項技術的發(fā)展仍然處在初級階段，不少業(yè)內人士也對3D打印是否能廣泛應用于造船與配套業(yè)表示出懷疑態(tài)度。

對3D打印一直抱有極大關注的曼恩柴油機和透平公司表示，快速制作樣品和較高的設計自由度無疑是現(xiàn)階段3D打印技術的最大優(yōu)勢所在，但對于連續(xù)生產簡單零部件來說，這項技術卻并不適用。同時，由于當前使用金屬材料的3D打印工作速度相對較慢，因此曼恩公司雖然對使用金屬材料進行3D打印興趣濃厚，但也承認其工作速度慢抵消了該技術的優(yōu)勢。

3D打印成型雖然便捷，也能極大地縮短產品的研制周期，但這僅針對制作模型或原型產品。目前3D打印技術多用于打印尺寸小、結構較為簡單的零件，不能用來打印復雜的系統(tǒng)。此外，金屬物件的打印速度也相對較慢，對于如發(fā)動機這種金屬構件占90%以上的產品來說，目前很難應用于生產線。而且，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”所能達到的精度。通過切割實現(xiàn)機械產品的強度、硬度也都遠遠高于3D打印出的產品。

據(jù)了解，3D打印機和打印材料的購置成本也十分高昂，特別是那些支持金屬材料的3D打印機。如一臺支持金屬材料的3D打印機價格約100萬美元，而一臺工業(yè)用的塑料3D打印機僅需兩萬五千美元。

“船舶制造業(yè)是一個廣義概念，如果僅僅從大型鋼質船舶來講，我認為3D打印技術不會大規(guī)模應用于船舶制造業(yè)。鋼質船體分段建造，由于體量龐大，3D打印技術會受到嚴重制約，也無成本優(yōu)勢�！苯�南造船（集團）有限責任公司總工程師胡可一表示。

此前，安保公司G4S也發(fā)出警告稱，犯罪團伙正在使用更便宜且更易獲取的3D打印技術，威脅著全球航運業(yè)。周立偉提醒：“常規(guī)通用型零部件以外的特種設備及重要零部件，在實現(xiàn)3D打印之后，其知識產權保護也將面臨嚴峻挑戰(zhàn)”。3D打印技術可以降低成本，操作過程也不要求任何專業(yè)知識，對于罪犯來說，生產假冒偽劣安全產品比以前任何時候都簡單。

對中國來說，3D打印產業(yè)發(fā)展面臨的問題也很多。目前，國內從事3D打印技術研發(fā)的科研機構和企業(yè)“小而零散，各自為戰(zhàn)”，3D打印的系統(tǒng)化、產業(yè)化還需一個漫長的過程。中國處于3D打印的起步階段，產業(yè)整體缺乏創(chuàng)新力，而且研發(fā)集中在設備上，材料和軟件卻無法形成配套，短板的存在限制了整個產業(yè)的齊頭并進與進一步發(fā)展。更關鍵的是，與發(fā)達國家相比，中國增材制造產業(yè)還存在著關鍵技術滯后、創(chuàng)新能力不足、高端裝備及零部件質量可靠性有待提升、應用廣度深度有待提高等一系列問題。

工信部賽迪研究院裝備工業(yè)研究所增材制造研究室主任李方正博士表示，中國的增材制造產業(yè)在原創(chuàng)性技術上仍然相對落后，盡管單個創(chuàng)新團隊實力較強，但創(chuàng)新難以形成合力，這帶來了重復研究的問題，在很多關鍵零部件上仍然大量依賴進口。

目前3D打印技術的應用范圍非常有限，該技術的研究環(huán)境也不是特別成熟。如何擴大3D打印在航運業(yè)的應用領域，可能還需要更長時間的探索。

中國制造終將“出海遠航”
雖然3D打印技術的發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)，但無可否認的是，現(xiàn)在的3D打印技術還有很大的潛力可以發(fā)掘，就材料、成本、打印速度等問題而言，必然可以隨著技術發(fā)展而得到解決。馬士基稱，現(xiàn)在就對3D打印技術進行全面、長期的影響進行預測還為時過早，有許多因素仍然未知。未來，3D打印在船舶相關領域的應用或許會隨著技術的進步而越來越廣泛。

交通運輸部水運科學研究院研究員謝燮告訴記者，造船業(yè)能夠使用3D打印技術，從而使得部分重要元件和部件的生產有更高的時效性和經濟性。同時，船舶在運行中的維修環(huán)節(jié)運用3D打印技術，也能夠為船東節(jié)約不少成本，同時具有更好的時效性，繼而維持船舶運輸在供應鏈中服務的穩(wěn)定性。謝燮認為，3D打印技術使得個性化生產和遠程生產成為可能。

近五年來，工業(yè)用途的3D打印實現(xiàn)了長足發(fā)展，從制作樣品和小飾品到完全按需制造，這一轉變已被普遍接受，并開始改變整個商業(yè)模式。3D打印從“打印圖形”向“生產部件”的飛躍，標志著制造業(yè)歷史上的一個革命性時刻，3D打印的全球化時代或許已經到來。

事實上，我國也已經將以3D打印為首的“增材制造產業(yè)”視為制造業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。2017年3D打印產業(yè)快速發(fā)展，國家相關部門出臺了8項對3D打印的支持政策，共涉及的國家部門多達23個。李方正博士介紹，2016年中國增材制造產業(yè)規(guī)模已達80億元，其中裝備產業(yè)占50%左右，材料與服務占另外50%，2017上半年，增材制造產值超過了50億元。2017年，工信部聯(lián)合發(fā)改委等11部門印發(fā)《增材制造產業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》，提出的目標中包括：2020年中國增材制造產業(yè)年銷售收入超過200億元，年均增速在30％以上，關鍵核心技術達到國際同步發(fā)展水平。

麥肯錫全球研究院2017年12月發(fā)布的《數(shù)字時代的中國：打造具有全球競爭力的新經濟》報告稱，在虛擬現(xiàn)實、自動駕駛汽車、3D打印、機器人、無人機和人工智能領域，中國的風投規(guī)模位居世界前三名。

在此背景下，我國增材制造的關鍵技術近年來取得了一系列進展：增材制造的應用領域有所拓寬；普及程度有所擴張；生態(tài)體系初步形成；推進產值保持了較高的增長速度……

中船重工經濟研究中心曹林在“關于3D打印技術在船舶領域應用的調查報告”中介紹了船舶行業(yè)3D打印技術應用情況：從當前看，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(yè)中大力推廣應用，尤其在研發(fā)設計階段，與傳統(tǒng)制造技術形成互補；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突破，并最終向大型化、批量化方向發(fā)展；從長期看，3D打印技術有望引領未來船舶工業(yè)的發(fā)展方向，推動船舶工業(yè)體系的變革。

當前，全球范圍內新一輪科技與產業(yè)革命正在萌發(fā)，世界各國紛紛將增材制造作為未來產業(yè)發(fā)展的新增長點，全球制造、消費模式開始重塑，通過政策支持、技術規(guī)范、政府引導等方式，在社會各界共同努力下，我國航運業(yè)增材制造產業(yè)將迎來巨大發(fā)展的新形勢、新機遇�，F(xiàn)階段，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能。但在國家推動傳統(tǒng)制造業(yè)升級的同時，造船業(yè)也在積極推動數(shù)字化造船，如計算機管理、三維建模等。

相信在不久將來，隨著數(shù)字化、智能化的提高和材料技術的持續(xù)發(fā)展，3D打印技術終將對我國傳統(tǒng)造船業(yè)產生革命性的影響。

來源：中國水運報

大好了