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3D打印技术在船舶行业的应用(二)

2017/6/20    来源:互联网    作者:祈斌      
关键字:3D打印  船舶  

    该项目的基本理念是,由陆地上的研究机构根据需求设计出相应的无人机,然后传输到舰上的3D打印机进行无人机机体的打印。打印完成后,船员根据说明书进行装配,将塑料部件和事先在船上准备好的电子元件组装到一起,就完成了一架无人机的制造工作。准备好的元件包括发动机、无线通信设备、控制器;}I]GPS装置等。如此一来,舰上只需携带少量无人机通用电子元器件,并且可根据不同任务设计打印出不同的无人机机体以配置不同的元件。比如去年12月份“Essex”号上就3D打印了一架用于反恐作业的无人机,该无人机被设计为可搭载一部发报机和一个微型摄像机,从而能够将实时视频传送给舰员戴着的头戴式显示器上。这样的方式,同样也可以应用于那些途径危险海域的商船上。

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    除了海军,美国海岸警卫队也在评估3D打印在船上的实际应用。201 5年夏天,海岸警卫队的“Cutter Healy”破冰船上安装了一台MakerBot第五代3D打印机,并出发前往北极进行为期三周的科学考察。在考察过程中,这台3D打印机一直处于忙碌状态,解决了许多看似很小,却很让人头疼的问题,可谓是大显身手。比如在离港后,每天都要清洗70多套餐具的洗碗机坏掉了,这样就不得不使用纸质的盘子和杯子,而且还是限量供应,这就让船员们的就餐感受大打折扣。幸运的是,船上BCJ3D打印机很快就打印出部件修复了洗碗机。此后,船员们纷纷利用3D打印来解决自己的技术问题,于是这台3D打印机就成为了一个合格的勤杂工,比如帮助将一部Go Pro摄像机安装到大型航空气球上,以及为某个饱受折磨的船员3D打印合脚的鞋垫,甚至是一些娱乐道具。相关工程人员希望未来能同时使用多台不同种类的打印机,这样就能满足更多的不同需求。

    6.英国海军的3D打印技术应用

    英国皇家海军也在尝试类似的应用,并且目前已有一型利用3DfTEP技术制造的舰载小型无人飞机正式投入使用。

    5年前,英国南安普敦大学宣布成功设计并放飞了世界上第一架3D打印无人机——“SU LSA”(Southampton University Laser Sintered Aircraft,南安普敦大学激光烧结飞机),翼展1.5 m,螺旋桨驱动。在经过一系列改进后,201 5年年中,该型3D打印无人机在英国皇家海军“River”级巡逻艇“Mersey”号上进行了海试,地点为多塞特沿岸海域。不过不同于美国在舰上实BC3D打印出无人机,目前SULSA是在陆上进行3D打印,之后在船上组装。当前SULSA的四大主体部分都是使用EOS EOSlNT P730尼龙激光烧结打印机制作出塑料或者金属结构,所有构件之间均没有扣件,使用“卡扣固定”技术连接在一起,因此几分钟就可以完成全部组装工作并且无需任何工具。SULSAB9重量只有3 kg,从一个3 m长的弹射器上发射出去,机上装备了自动驾驶仪,最高飞行速度约161 km/h。

    由于传统舰载无人机成本较高,一次小小的操作失误或零部件问题就可能使百万英镑沉入海里。而SULSA的成本仅7000英镑,虽然只能飞行约40分钟,但以足够完成如监控海盗、走私之类的任务,即便损失也能承受。此次海试基本上就是为了评估“一次性”无人机如何应用于军事和救援行动。使用这样的3D打印无人机不仅可以降低成本,而且还可以根据任务性质进行“私人定制”。

    2016年,SULSA正式投入实际应用——为英国皇家海军“Protector”号破冰船的南极之行侦察路线,为该船探索最佳航行路径。SULSA每次执行任务的时间约30分钟,飞行速度约96 km/h。虽然机上配备了自动驾驶仪,但在此次任务中船员依旧将通过笔记本电脑对SULSA进行遥控,传回机载摄像头拍摄到的实时画面,并且还能回收重复使用。

    英国方面称,在五年内,海军舰艇上将配备能够打印像SULSA这类无人机的多材料3D打印机,到时候,每一个无人机都将是针对特定任务定制的。另据报道,在英国“星点”工程中有一个名为“无畏舰2050”的项目,其中就提至1J2050年时,英国战舰的舰体将采用可以变为半透明的丙烯酸材料,以提供全方位的视野,同时舰上还将安装3D打印机,用于制造激光和电磁武器乃至无人机群。

    7.其他应用

    除了上述一些应用,3D打印技术在船舶领域还有许多其他实际应用,比如新加坡Tru.Marine公司利用3D打印快速维修和制造涡轮增压器部件、鹿特丹将建3D打印中心以快速维修到港船舶、3D打印喷水推进小艇模型(除电子设备和电池以外的所有部分)等。此外,为了提升人们对于3D打印的信心,消除对于3D打印产品质量的疑虑,英国劳氏船级社已于2016年1月7日发布了3D打印全球认证标准。

    小结

    从这些案例可以看出,3D打印技术的高精度、高自由度、用料省、成型便捷、经济环保等优势对于船舶行业来说有着不小的吸引力,并且已对船舶的设计、建造、运营、维修等各个阶段产生了影响。就目前的3D打印技术而言,其在船舶领域的应用主要包括以下几方面:

    ·勤杂工一一各种船上小物件和船员个人物品fl勺3D打印,如油盖、泄水孔塞等小部件,餐具、杯具等日常用品,甚至是鞋垫、纽扣、娱乐道具等。可减少船上相关物件的贮备量,改善船员的工作条件,提升其工作积极性。

    ·修理工——通过3D打印替换设备中有问题的零部件,或者直接修补损坏的零部件,船上岸上皆可。能够减少维修周期,降低维修成本,同时也更环保,对那些供应链成本特别高的区域来说尤为重要。

    ·设计辅助者——利用3D打印的高精度和便捷成型优势,可以提供更快、更精准、更低成本的舰船模型,有利于对设计进行验证和改进,提高设计水平和效率。此外,由于3D打印能制作出非常复杂的结构物,因此过去一些无法实现的设计思路或许也能“重出江湖”。

    ·无人机制作者——美国和英国海军均已在探索3D打印无人机的应用,并且已取得一定效果。3D打印无人机安装简便,还可根据任务不同进行定制,不但节省船上空间,而且更灵活多变。由于3D打印的无人机成本较低,因此就算成为一种消耗品也能够让人接受。同样的理念也可用于无人艇和无人潜航器。

    虽然因为3D打印技术目前还不成熟,材料的限制、购置成本高昂(金属打印)、无法批量生产以及对产品质量的疑虑等因素将该技术局限在了一个较小的应用范围,但无可否认的是,现在3D打印技术仅处于起步阶段,还有很大的潜力可以发掘,如材料、成本、打印速度等问题必然可以随着技术发展而得到解决。马士基方面称,现在就对3D打印技术全面、长期的影响进行预测还为时过早,有许多因素还未知,比如最实际的因素——成本,使用3D打印的成本是否真的比传统的规模生产更有优势?未来,3D打印在船舶相关领域的应用或许会随着技术的进步而越来越广泛,不过这肯定不是短时期内就能实现的,只能说是路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。

责任编辑:张纯子
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