3D打印技术作为“第三次工业革命的重要标志”，被认为是推动新一轮工业革命的重要契机。随着“智能制造”和“工业4.0”概念的提出，3D 打印技术在船舶制造领域的应用也成为热议话题。

 

本文运用文献研究法和观察法，以3D打印技术将给制造业带来的冲击为切入点，综合分析3D打印技术和产业发展现状，认为3D打印技术短时很难在造船业广泛应用，但长期将对传统造船业产生革命性影响。

 

主流的3D打印技术

 

3D打印技术是快速成形技术的一种，也叫作增材制造。基本原理是通过计算机辅助设计或者扫描等做好3D模型；按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层打印出来，并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。其工艺流程一般分为三步，即三维建模、产品成型和成品后处理。

 

目前有十几种切实可行的快速成形技术，但几乎所有技术都基于以下三种基本原理。

 

一是，通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料。最常见的方法是挤压不断流出的热塑性塑料，这种热塑性塑料在离开打印机喷头的时候迅速凝固成型。目前市场上存在的“熔融沉积成型”、“塑料喷印”、“熔丝建模”、“熔丝制造”或“熔融沉积法”都是属于这种原理的产物，只是因为知识产权问题而叫法不同。

 

二是，通过使一种不常见的被称作“感光性树脂”的液体变成固体从而形成物理层。这种液体暴露于激光或其他光源中时会变硬，如“光固化快速成型工艺”、“感光性树脂喷射”、“多喷头建模”和“喷墨感光性树脂”。

 

三是，通过逐层粘合一种不常见的精细粉末来制作模型。这种“颗粒状材料的粘合”既可以通过喷射液体胶水或粘合每一粉末层达到，又可以通过激光或其他热源来熔化粉末颗粒来形成。如“粘合剂喷射技术”、“选择性激光烧结技术”、“定向能量沉积技术”和“电子束熔炼技术”。

 

另外还有“分层实体制造技术”，是通过使用激光切割器将纸张、塑料或金属箔粘合在一起，再利用供给设备把材料推到制作平台上，用辊（通常是加热的）在薄板上碾压，最后位于上方的激光在薄板上切割出物体层轮廓，然后降低制作平台。此过程不断重复，直至打印完成整个物体。然而提供此技术的企业已经停业，而且其他几家生产此技术打印机的制造商也陆续离开3D打印市场，因此该技术被认为已经消亡。

 

3D打印技术现状

 

3D 打印技术的应用可分为工业级和消费级两种。1986年，美国 3D Systems成立，两年后推出了第一款工业化的“3D打印”设备——SLA-250，短短几年形成了巨大的市场。3D打印设备用户由原来为自己的产品开发服务的大企业和科研机构，迅速拓展至中小企业甚至是3D打印的个人爱好者。目前，全球有两家3D打印机制造巨头——3D Systems 和Stratasys，均为美国上市企业。作为工业级 3D打印领域的领军企业，两家企业拓展下游领域、加强软件与解决方案投入以及行业整合，产品范围小到生物血管，大到飞机钛合金主承力构件。随着3D打印技术的发展，目前全世界已有越来越多的厂商进入3D打印领域，如德国的Voxeljet和美国的ExOne等中小型3D打印制造商。3D打印技术的应用也从最初的科研研究延展到医学、服装、建筑、加点、机械制造和工业造型等领域。

 

随着全球3D打印技术的成熟， 3D打印市场步入高增长。Canalys预计到 2018年3D打印机的市场销售额可达到 162亿美元（包括打印机、材料和相关服务），呈现 40%～50%的年均高速增长率。Juniper Research预计中国 3D打印机和相关的材料市场规模将从目前的 7500万美元增加至 2018年的 12亿美元，呈现爆发式增长，至 2018年占全球市场的份额增长至 7.4%（见表1）。

3D打印技术与传统技术

 

相对于传统的材料去除，也就是切削加工技术，3D打印技术的优势是不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，即可快速精密地造出形状复杂的零件，从而大幅缩短加工工期。因此，所制产品结构越复杂，其优势就越明显。

 

3D打印技术在具备众多优势的同时，也存在不少局限性（见表2）。