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停靠在港口的集裝箱船舶。

 

繁忙的青島港。

 

航行中的集裝箱船“COSCO ASIA5”。

將2017年定義為航運業的科技年并不為過，區塊鏈、智能船、3D打印……科技將改變航運業的判斷已成為業界共識。隨著3D打印技術的興起，“工業革命的第三次浪潮”正在襲來。3D打印技術被認為是推動新一輪工業革命的重要契機。隨著“智能制造”和“工業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發展的新增長點。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”的發展重點，《增材制造產業發展行動計劃(2017-2020年)》的出臺，也代表了國家對增材制造的重視。那么，3D打印技術現階段在航運業有何實際應用?面臨哪些機遇和挑戰?中國造船業中3D打印發展前路如何?記者對此進行了深入采訪。

 

打印或成下一個航運變革爆發點

 

A

 

航運業試水黑科技

 

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勢，據測算可以縮短加工周期70%以上，節省材料90%以上，降低一般制造費用50%以上。“3D打印對航運業未來的可持續發展大有益處”中國船級社總裁辦主任周立偉告訴記者，“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’。”

 

據記者了解，目前3D打印技術在航運業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首席執行官Allard Castelein表示這個項目向造船業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，根據造船廠總監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，作為制造業的組成部分，船舶工業將不可避免地受到3D打印技術的重大影響。首先，該技術將加快船舶工業新產品的開發速度，降低開發成本。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。

 

B

 

“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應用3D打印的可能，但不可否認的是，這項技術的發展仍然處在初級階段，不少業內人士也對3D打印是否能廣泛應用于造船與配套業表示出懷疑態度。

 

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階段3D打印技術的最大優勢所在，但對于連續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。此外，金屬物件的打印速度也相對較慢，對于如發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，遠低于傳統船舶制造利用“減材制造”所能達到的精度。通過切割實現機械產品的強度、硬度也都遠遠高于3D打印出的產品。

 

據了解，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，而一臺工業用的塑料3D打印機僅需兩萬五千美元。

 

“船舶制造業是一個廣義概念，如果僅僅從大型鋼質船舶來講，我認為3D打印技術不會大規模應用于船舶制造業。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，也無成本優勢。”江南造船(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。周立偉提醒：“常規通用型零部件以外的特種設備及重要零部件，在實現3D打印之后，其知識產權保護也將面臨嚴峻挑戰”。3D打印技術可以降低成本，操作過程也不要求任何專業知識，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打印產業發展面臨的問題也很多。目前，國內從事3D打印技術研發的科研機構和企業“小而零散，各自為戰”，3D打印的系統化、產業化還需一個漫長的過程。中國處于3D打印的起步階段，產業整體缺乏創新力，而且研發集中在設備上，材料和軟件卻無法形成配套，短板的存在限制了整個產業的齊頭并進與進一步發展。更關鍵的是，與發達國家相比，中國增材制造產業還存在著關鍵技術滯后、創新能力不足、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在原創性技術上仍然相對落后，盡管單個創新團隊實力較強，但創新難以形成合力，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，該技術的研究環境也不是特別成熟。如何擴大3D打印在航運業的應用領域，可能還需要更長時間的探索。

 

C

 

中國制造終將“出海遠航”

 

雖然3D打印技術的發展還面臨諸多挑戰，但無可否認的是，現在的3D打印技術還有很大的潛力可以發掘，就材料、成本、打印速度等問題而言，必然可以隨著技術發展而得到解決。馬士基稱，現在就對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節運用3D打印技術，也能夠為船東節約不少成本，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，工業用途的3D打印實現了長足發展，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模式。3D打印從“打印圖形”向“生產部件”的飛躍，標志著制造業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”視為制造業發展的重要環節。2017年3D打印產業快速發展，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規模已達80億元，其中裝備產業占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，工信部聯合發改委等11部門印發《增材制造產業發展行動計劃(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展水平。

 

麥肯錫全球研究院2017年12月發布的《數字時代的中國：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，可在船舶工業中大力推廣應用，尤其在研發設計階段，與傳統制造技術形成互補;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、批量化方向發展;從長期看，3D打印技術有望引領未來船舶工業的發展方向，推動船舶工業體系的變革。

 

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

 

相信在不久將來，隨著數字化、智能化的提高和材料技術的持續發展，3D打印技術終將對我國傳統造船業產生革命性的影響。