【行業(yè)觀察】3D打印或成下一個(gè)航運(yùn)變革爆發(fā)點(diǎn)

將2017年定義為航運(yùn)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(yùn)業(yè)的判斷已成為業(yè)界共識。隨著3D打印技術(shù)的興起，“工業(yè)革命的第三次浪潮”正在襲來。3D打印技術(shù)被認(rèn)為是推動新一輪工業(yè)革命的重要契機(jī)。隨著“智能制造”和“工業(yè)4.0”概念的提出，3D打印技術(shù)在船舶制造領(lǐng)域的應(yīng)用也成為熱議話題。

當(dāng)前，世界各國紛紛將3D打印技術(shù)作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新增長點(diǎn)。在相關(guān)科技水平不斷提升的背景下，3D打印技術(shù)已成為“中國制造2025”的發(fā)展重點(diǎn)，《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)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(shù)現(xiàn)階段在航運(yùn)業(yè)有何實(shí)際應(yīng)用？面臨哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)？中國造船業(yè)中3D打印發(fā)展前路如何？

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

3D打印，是直接從數(shù)字模型通過材料堆積來生產(chǎn)三維實(shí)體的技術(shù)，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(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)體加工方面具有得天獨(dú)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(fèi)用50%以上�！�3D打印對航運(yùn)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(fèi)原材料和金錢，而使用3D增量打印技術(shù)，不僅可以靈活地制造出那些具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)形式的產(chǎn)品或零部件，而且還可以實(shí)現(xiàn)原材料和金錢的‘零浪費(fèi)’�！�

據(jù)了解，目前3D打印技術(shù)在航運(yùn)業(yè)已經(jīng)有了成功的應(yīng)用。去年在荷蘭，全球首個(gè)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(yán)格的試驗(yàn)驗(yàn)證了3D打印螺旋槳的適用性。RAMLab研究人員表示，3D打印技術(shù)是制造螺旋槳概念的一個(gè)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(shù)將對未來的供應(yīng)鏈造成巨大沖擊。3D打印螺旋槳的成功顯示了海事領(lǐng)域3D打印技術(shù)應(yīng)用的前景，RAMLab首席執(zhí)行官Allard Castelein表示這個(gè)項(xiàng)目向造船業(yè)展示了用于生產(chǎn)船舶部件的3D打印技術(shù)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(shù)，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(dá)盧西亞地區(qū)打造一個(gè)配備了最前沿技術(shù)的造船廠——Shipyard4.0，其中就包括了3D打印技術(shù)，根據(jù)造船廠總監(jiān)PabloLopez的說法，“造船廠4.0有明確的目標(biāo)，即降低成本，縮短工期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝水平，實(shí)現(xiàn)公司的競爭力�？梢灶A(yù)見，在不久的將來，這項(xiàng)技術(shù)將是我們生產(chǎn)的重要組成部分�！�

國防科技工業(yè)科技成果推廣轉(zhuǎn)化研究中心高級工程師呂德龍認(rèn)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(shù)的重大影響。首先，該技術(shù)將加快船舶工業(yè)新產(chǎn)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(shù)可以更好地驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)參數(shù)和思路，提高設(shè)計(jì)水平和效率。

除了上述一些應(yīng)用，3D打印技術(shù)在船舶領(lǐng)域還有許多其他實(shí)際應(yīng)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(chǎn)生了濃厚的興趣，想借此來提升生產(chǎn)速度，以及花費(fèi)更低的成本，創(chuàng)造出更復(fù)雜、更輕便的零件。

除了船上，3D打印技術(shù)在岸上的使用也明顯增多，比如制造用于常規(guī)水池試驗(yàn)和檢測空氣動力學(xué)的船模。位于美國卡德洛克的海軍水面作戰(zhàn)中（NSWC）里，有團(tuán)隊(duì)已成功利用3D打印技術(shù)按比例制作出了1艘尺度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的美國海軍醫(yī)院船（T-AH 20）模型，將用于測試船上風(fēng)力氣流的情況以提升直升機(jī)作業(yè)時(shí)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?yàn)榇蛴�機(jī)可以24小時(shí)不間斷工作。團(tuán)隊(duì)工程師稱，3D打印技術(shù)使他們在船模制造上如虎添翼，可以提供更快、更精準(zhǔn)、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(yīng)用3D打印的可能，但不可否認(rèn)的是，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展仍然處在初級階段，不少業(yè)內(nèi)人士也對3D打印是否能廣泛應(yīng)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(guān)注的曼恩柴油機(jī)和透平公司表示，快速制作樣品和較高的設(shè)計(jì)自由度無疑是現(xiàn)階段3D打印技術(shù)的最大優(yōu)勢所在，但對于連續(xù)生產(chǎn)簡單零部件來說，這項(xiàng)技術(shù)卻并不適用。同時(shí)，由于當(dāng)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(jìn)行3D打印興趣濃厚，但也承認(rèn)其工作速度慢抵消了該技術(shù)的優(yōu)勢。

3D打印成型雖然便捷，也能極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，但這僅針對制作模型或原型產(chǎn)品。目前3D打印技術(shù)多用于打印尺寸小、結(jié)構(gòu)較為簡單的零件，不能用來打印復(fù)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(jī)這種金屬構(gòu)件占90%以上的產(chǎn)品來說，目前很難應(yīng)用于生產(chǎn)線。而且，由于3D打印是一項(xiàng)新技術(shù)，目前的精度范圍在0.01毫米，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)船舶制造利用“減材制造”所能達(dá)到的精度。通過切割實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的強(qiáng)度、硬度也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于3D打印出的產(chǎn)品。

據(jù)了解，3D打印機(jī)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(jī)。如一臺支持金屬材料的3D打印機(jī)價(jià)格約100萬美元，而一臺工業(yè)用的塑料3D打印機(jī)僅需兩萬五千美元。

“船舶制造業(yè)是一個(gè)廣義概念，如果僅僅從大型鋼質(zhì)船舶來講，我認(rèn)為3D打印技術(shù)不會大規(guī)模應(yīng)用于船舶制造業(yè)。鋼質(zhì)船體分段建造，由于體量龐大，3D打印技術(shù)會受到嚴(yán)重制約，也無成本優(yōu)勢。”江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)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(tuán)伙正在使用更便宜且更易獲取的3D打印技術(shù)，威脅著全球航運(yùn)業(yè)。周立偉提醒：“常規(guī)通用型零部件以外的特種設(shè)備及重要零部件，在實(shí)現(xiàn)3D打印之后，其知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)也將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)”。3D打印技術(shù)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(chǎn)假冒偽劣安全產(chǎn)品比以前任何時(shí)候都簡單。

對中國來說，3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題也很多。目前，國內(nèi)從事3D打印技術(shù)研發(fā)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)“小而零散，各自為戰(zhàn)”，3D打印的系統(tǒng)化、產(chǎn)業(yè)化還需一個(gè)漫長的過程。中國處于3D打印的起步階段，產(chǎn)業(yè)整體缺乏創(chuàng)新力，而且研發(fā)集中在設(shè)備上，材料和軟件卻無法形成配套，短板的存在限制了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的齊頭并進(jìn)與進(jìn)一步發(fā)展。更關(guān)鍵的是，與發(fā)達(dá)國家相比，中國增材制造產(chǎn)業(yè)還存在著關(guān)鍵技術(shù)滯后、創(chuàng)新能力不足、高端裝備及零部件質(zhì)量可靠性有待提升、應(yīng)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(chǎn)業(yè)在原創(chuàng)性技術(shù)上仍然相對落后，盡管單個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)實(shí)力較強(qiáng)，但創(chuàng)新難以形成合力，這帶來了重復(fù)研究的問題，在很多關(guān)鍵零部件上仍然大量依賴進(jìn)口。

目前3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍非常有限，該技術(shù)的研究環(huán)境也不是特別成熟。如何擴(kuò)大3D打印在航運(yùn)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，可能還需要更長時(shí)間的探索。

中國制造終將“出海遠(yuǎn)航”
雖然3D打印技術(shù)的發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)，但無可否認(rèn)的是，現(xiàn)在的3D打印技術(shù)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(shù)發(fā)展而得到解決。馬士基稱，現(xiàn)在就對3D打印技術(shù)進(jìn)行全面、長期的影響進(jìn)行預(yù)測還為時(shí)過早，有許多因素仍然未知。未來，3D打印在船舶相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用或許會隨著技術(shù)的進(jìn)步而越來越廣泛。

交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)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(shù)，從而使得部分重要元件和部件的生產(chǎn)有更高的時(shí)效性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，船舶在運(yùn)行中的維修環(huán)節(jié)運(yùn)用3D打印技術(shù)，也能夠?yàn)榇瑬|節(jié)約不少成本，同時(shí)具有更好的時(shí)效性，繼而維持船舶運(yùn)輸在供應(yīng)鏈中服務(wù)的穩(wěn)定性。謝燮認(rèn)為，3D打印技術(shù)使得個(gè)性化生產(chǎn)和遠(yuǎn)程生產(chǎn)成為可能。

近五年來，工業(yè)用途的3D打印實(shí)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(zhuǎn)變已被普遍接受，并開始改變整個(gè)商業(yè)模式。3D打印從“打印圖形”向“生產(chǎn)部件”的飛躍，標(biāo)志著制造業(yè)歷史上的一個(gè)革命性時(shí)刻，3D打印的全球化時(shí)代或許已經(jīng)到來。

事實(shí)上，我國也已經(jīng)將以3D打印為首的“增材制造產(chǎn)業(yè)”視為制造業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。2017年3D打印產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，國家相關(guān)部門出臺了8項(xiàng)對3D打印的支持政策，共涉及的國家部門多達(dá)23個(gè)。李方正博士介紹，2016年中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)80億元，其中裝備產(chǎn)業(yè)占50%左右，材料與服務(wù)占另外50%，2017上半年，增材制造產(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃（2017-2020年）》，提出的目標(biāo)中包括：2020年中國增材制造產(chǎn)業(yè)年銷售收入超過200億元，年均增速在30％以上，關(guān)鍵核心技術(shù)達(dá)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(shí)代的中國：打造具有全球競爭力的新經(jīng)濟(jì)》報(bào)告稱，在虛擬現(xiàn)實(shí)、自動駕駛汽車、3D打印、機(jī)器人、無人機(jī)和人工智能領(lǐng)域，中國的風(fēng)投規(guī)模位居世界前三名。

在此背景下，我國增材制造的關(guān)鍵技術(shù)近年來取得了一系列進(jìn)展：增材制造的應(yīng)用領(lǐng)域有所拓寬；普及程度有所擴(kuò)張；生態(tài)體系初步形成；推進(jìn)產(chǎn)值保持了較高的增長速度……

中船重工經(jīng)濟(jì)研究中心曹林在“關(guān)于3D打印技術(shù)在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的調(diào)查報(bào)告”中介紹了船舶行業(yè)3D打印技術(shù)應(yīng)用情況：從當(dāng)前看，對于已經(jīng)成功應(yīng)用3D打印技術(shù)制造的模型和產(chǎn)品，可在船舶工業(yè)中大力推廣應(yīng)用，尤其在研發(fā)設(shè)計(jì)階段，與傳統(tǒng)制造技術(shù)形成互補(bǔ)；從中期看，一批船用復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特種零件、合金構(gòu)件、復(fù)合材料構(gòu)件的3D打印制造及修復(fù)技術(shù)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(shù)有望引領(lǐng)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(dāng)前，全球范圍內(nèi)新一輪科技與產(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的新增長點(diǎn)，全球制造、消費(fèi)模式開始重塑，通過政策支持、技術(shù)規(guī)范、政府引導(dǎo)等方式，在社會各界共同努力下，我國航運(yùn)業(yè)增材制造產(chǎn)業(yè)將迎來巨大發(fā)展的新形勢、新機(jī)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(chǎn)能。但在國家推動傳統(tǒng)制造業(yè)升級的同時(shí)，造船業(yè)也在積極推動數(shù)字化造船，如計(jì)算機(jī)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(shù)的持續(xù)發(fā)展，3D打印技術(shù)終將對我國傳統(tǒng)造船業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。

來源：中國水運(yùn)報(bào)

大好了