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3D打印技术，又被称为增材制造技术，属于快速成型制造的一种，其基本原理是首先通过计算机建模或者对实物原件进行扫描得到三维模型，然后将整体微分切割成无数个平行于基准平面的剖面，通过3D打印设备自下而上将剖面逐层进行注塑，最终堆积形成完整的立体产品。 3D打印技术最早出现于20世纪80年代中期，早期的3D打印技术仅适用于制造超小型的部件，而且打印精度很低，可用的材料特别少。 经过近40年的研究探索，无论是3D打印设备的集成化，还是其打印能力和打印材料的适用范围都得到了极大的提升，3D打印技术趋于成熟并逐渐形成了完整的产业体系，受到越来越多行业的青睐，船舶行业便是其中之一，业内已经成功打印出如螺旋桨、热交换器、轴瓦等零部件产品。 2015年，美国船级社（ABS）发布了3D打印技术在船舶与海工领域应用的全面指南《ABS 3D打印技术指南》，揭示了3D打印技术在船舶制造领域内的巨大前景和发展潜力。 借助于3D打印技术，可以很大程度上减少原材料的浪费。 在传统的制造工艺中，往往需要对棒材、板材或型材进行进一步的切割、磨削、拼接等精加工过程，从而产生大量的废料，造成自然资源和人力成本的极大浪费。 通过3D打印技术，可以根据实际的需求定量使用材料，从而避免了这些材料浪费的环节。同时，依托3D打印技术，船舶的建造成为全自动过程，制造效率极大提高。 另外，船舶在水上的航行过程中，可能会出现一些意外导致船体受损。 在当前的情况下，往往只能在原地停留等待救援，而依托于3D打印技术，船员只需要携带船体零部件的三维模型就可以进行快速打印，对损伤的部位进行及时的维修与更换。 目前3D打印技术已经被应用于一些小型船只和船用零部件的制造。  图1 完全3D打印的船用螺旋桨 荷兰达门造船集团利用3D打印技术打造了全球第一款被船级社认可批准使用的完全3D打印的船用螺旋桨。  图2 3D打印玻璃纤维船 意大利Moi Composities公司在2020年的意大利热那亚国际船舶展上推出了全球第一艘3D打印玻璃纤维船。这项技术将纤维增强复合材料的高性能和3D打印技术的高效性结合了起来，拓展了3D打印材料的适用范围。 在3D打印领域，中国虽然是个后来者，但发展势头迅猛。  图3 通过DLMS技术打印的金属零件 中船第705研究所成功突破了金属直接烧结快速成型技术（DMLS），实现了金属材料的高质量快速打印，成为了世界上为数不多掌握该项技术的企业。 但是，目前3D打印技术仍然存在一些不足。 首先是可用于3D打印的材料仍然较为匮乏。在造船过程中，针对船体不同部位的使用要求，往往需要用到大量不同的材料，包括不同成分的金属材料、无机陶瓷材料，有机高分子材料等。然而，鉴于目前可用于3D打印的材料种类仍然较少，还远远不能满足当前的制造需求。 另外，当前3D打印技术的精度仍然不足，无法满足船舶建造过程中有较高精度要求的零部件的制造，一定程度上阻碍了3D打印技术的发展。打印精度与建模能力，打印材料的流延性能、固化速率以及打印设备的喷嘴设计、挤出工艺等都密切相关。精度的提高需要各个方面因素的协同发展。 最后，当前对于增材制造相关的规范和标准还不完善。对于3D打印技术的操作流程和最终产品的质量检测仍然缺乏足够的评价机制。如果要大面积的应用于船舶行业，还需要进行大量的理论验证和产品检验。 今年6月1日，国家通过了14项增材制造领域的推荐性国家标准，进一步对3D打印行业进行了规范，预示着这项技术巨大的发展前景。随着3D打印技术的推广和在船舶领域更为广泛的应用，必将推动我国从造船大国向造船强国的转变。 |
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