增材制造技術(shù)從20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前已趨于成熟并初步形成體系，并呈現(xiàn)出美國主導(dǎo)、歐洲協(xié)同發(fā)展、日本追隨、中國后發(fā)的基本格局。國際上金屬精密數(shù)字化增材制造設(shè)備供應(yīng)商主要有德國EOS公司、英國Renishaw公司、美國3D Systems公司等，近年來，也出現(xiàn)了中國企業(yè)的身影。我國增材制造設(shè)備產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品目前已接近國外產(chǎn)品水平，一改此類設(shè)備早期依賴進(jìn)口的局面。

與此同時，全球?qū)υ霾闹圃煸诖邦I(lǐng)域的應(yīng)用研究也已取得了較大進(jìn)展，業(yè)內(nèi)已成功打印出種類繁多的產(chǎn)品和零部件，如螺旋銷、軸瓦、箱式熱交換器、螺旋槳等。在韓國，現(xiàn)代重工宣布在韓國蔚山設(shè)立蔚山創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)革新中心。該中心的一項(xiàng)重要任務(wù)，就是研發(fā)增材制造技術(shù)，孵化增材制造相關(guān)的初創(chuàng)企業(yè)?，F(xiàn)代重工希望通過增材制造技術(shù)打印船舶構(gòu)件，在生產(chǎn)過程中節(jié)省時間和金錢，推動行業(yè)進(jìn)步。在歐洲，羅爾斯·羅伊斯公司已在船用柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)中應(yīng)用了增材制造技術(shù)。該公司全球研究與技術(shù)總監(jiān)保羅·斯坦恩表示，增材制造技術(shù)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，對于一些制造工藝非常復(fù)雜且難以用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的幾何部件來說，增材制造可能是最好的生產(chǎn)方式。而鹿特丹港RAMLAB增材制造中心則希望利用增材制造技術(shù)為鹿特丹港的大型船舶提供快速維修服務(wù)。該中心曾利用混合增材制造技術(shù)生產(chǎn)了世界首個通過船級社認(rèn)證的船用螺旋槳。

在船舶增材制造方面，中國是后來者，但近年來技術(shù)進(jìn)步迅速。中船重工經(jīng)濟(jì)研究中心高級分析師曹林介紹說，我國船舶工業(yè)體系內(nèi)已開展了增材制造金屬粉體材料、金屬激光燒結(jié)和電子束燒結(jié)成型工藝、增材制造設(shè)備等方面的研究工作，并取得了一系列成果。

據(jù)了解，中國船舶重工集團(tuán)有限公司下屬一家研究所對多種金屬增材制造材料特性進(jìn)行了研究，包括不銹鋼、高/低碳合金鋼、鎳基合金、鈷基合金、鈦合金等。通過多年項(xiàng)目研究和產(chǎn)品開發(fā)，目前，該所已開發(fā)了低碳合金鋼、高碳鋼、鈦合金等增材制造工藝，其中，合金鋼增材制備技術(shù)可以獲得強(qiáng)度達(dá)到500兆帕、規(guī)格大于300毫米×300毫米×300毫米的部件，增材修復(fù)部件體積可達(dá)2米×2米×1米，結(jié)合強(qiáng)度最高可達(dá)800兆帕；研制了直接送粉工藝，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維曲面制造。中船重工另一家研究所則成功研制了TC4、Ti80等鈦合金粉末，粉末質(zhì)量、性能達(dá)到增材制造要求；開展了空間曲面增材制造工藝、激光燒結(jié)工藝、鈦合金電子束熔絲沉積制造工藝研究，開展了鈦合金電子束熔絲沉積工藝初步研究，采用電子束熔絲沉積制造技術(shù)制備了典型一維和二維形狀材料。中國船舶工業(yè)集團(tuán)有限公司下屬一家研究所正利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)鈦合金葉輪，并進(jìn)行螺旋槳的試制。江蘇科技大學(xué)海洋裝備研究院則通過增材制造技術(shù)制造了船用液化天然氣（LNG）汽化器，該LNG汽化器能夠完全滿足超高壓、超低溫的運(yùn)行條件，且制造成本和周期大幅減少。

曹林介紹說，在我國最新開展的船用低速機(jī)工程研制項(xiàng)目中，也包含了柴油機(jī)核心部件增材制造研究的內(nèi)容。

增材制造 對船舶工業(yè)影響幾何？

目前，增材制造技術(shù)已應(yīng)用于產(chǎn)品的開發(fā)、驗(yàn)證、制造和維修等環(huán)節(jié)，一些企業(yè)通過增材制造技術(shù)成功解決了生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。曹林介紹說，在我國，有單位自1997年建立激光加工中心以來，已多次為船用壓縮機(jī)缸體、船用齒輪、主機(jī)缸套進(jìn)行了激光強(qiáng)化；有單位通過采用激光熔覆技術(shù)，成功解決了發(fā)動機(jī)活塞耐燒蝕和缸套耐磨性不足的問題；有單位在自主研制系列船用柴油機(jī)的過程中，將增材制造技術(shù)用于鑄件新產(chǎn)品開發(fā)及輔助傳統(tǒng)模具設(shè)計制造；有單位與高校合作，開展了船用燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣類零件增材制造；有單位較早采用增材制造技術(shù)進(jìn)行精密無余量澆鑄蠟?zāi)Ｖ圃?，制造了直徑約為80毫米的渦輪增壓器用離心壓氣機(jī)葉輪等。

“一般情況下，由于省去了復(fù)雜的模具開發(fā)過程，增材制造可以大幅縮短新產(chǎn)品設(shè)計驗(yàn)證周期，加快產(chǎn)品研制進(jìn)度?！辈芰直硎?，“增材制造具備‘貼近用戶’（定制化、本地化生產(chǎn)和交付）的潛能，可在一定程度上改變現(xiàn)有的生產(chǎn)、倉儲和物流方式，相信隨著技術(shù)進(jìn)步，增材制造技術(shù)的應(yīng)用有望進(jìn)一步簡化供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品售后服務(wù)的響應(yīng)速度?！?/span>

當(dāng)然，作為一項(xiàng)正在發(fā)展中的制造技術(shù)，增材制造的成熟度還遠(yuǎn)不能同金屬切削、鑄、鍛、焊、粉末冶金等制造技術(shù)相比。胡可一認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)增材制造技術(shù)在船舶領(lǐng)域的規(guī)模應(yīng)用，未來在共性應(yīng)用方面需要解決4個問題：一是材料特性要適應(yīng)增材制造的特點(diǎn)，如要保證材料固化后強(qiáng)度的均勻性和形狀的保持性等；二是純增材制造的形狀精度保證問題；三是規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)制造過程中材料和性能不均勻性的接受程度和檢驗(yàn)手段問題；四是智能化的增材制造設(shè)備的開發(fā)和研制問題，未來應(yīng)研制專用型還是泛用型設(shè)備？“在船舶增材制造的個性應(yīng)用方面還需要解決以下幾個問題：一是船體結(jié)構(gòu)形式問題，船舶存在不少薄殼框架結(jié)構(gòu)，有很多封閉空間，增材制造如何實(shí)現(xiàn)？二是船體結(jié)構(gòu)材料問題，目前來看，鋼板材料并不適合，而復(fù)合材料存在成本和強(qiáng)度方面的短板。三是增材制造設(shè)備的尺度問題，如果增材制造一個超大零件，那制造設(shè)備豈不會像一臺龍門吊那么大？！四是船舶規(guī)范問題，船舶工業(yè)應(yīng)用增材制造技術(shù)，必須遵守一定的測試和評價規(guī)范，船廠要進(jìn)行很多驗(yàn)證試驗(yàn)和計算，還要被船東接受，會產(chǎn)生時間、資金方面的成本和風(fēng)險?！焙梢徽f。

目前，增材制造更多還是作為傳統(tǒng)制造方式的補(bǔ)充，主要應(yīng)用于“加工難、成本高、批量小”的產(chǎn)品或部件。曹林認(rèn)為，增材制造技術(shù)未來能否規(guī)?；瘧?yīng)用主要取決于兩個方面，一方面，是增材制造技術(shù)本身的發(fā)展，即能否按要求制造出合格的產(chǎn)品，目前，若要完全滿足船舶工業(yè)需求，增材制造需要逐步突破從材料、工藝、軟件、核心器件到裝備的諸多關(guān)鍵技術(shù)；另一方面，增材制造與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式在成本方面的比較，這一成本不僅包括生產(chǎn)設(shè)備和物料的一次性投入，還包括覆蓋研發(fā)、生產(chǎn)、維修保障等多要素的綜合比較。

業(yè)內(nèi)專家表示，隨著技術(shù)的進(jìn)步以及國家鼓勵政策的相繼推出，增材制造技術(shù)在船舶領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用的條件將日益成熟，增材制造技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈也將日益完善，并最終推動我國船舶工業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。

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