中船重工用3D打印修復長達2米的部件
增材制造技術從20世紀80年代中期出現以來，經過30多年的發展，目前已趨于成熟并初步形成體系，并呈現出美國主導、歐洲協同發展、日本追隨、中國后發的基本格局。國際上金屬精密數字化增材制造設備供應商主要有德國EOS公司、英國Renishaw公司、美國3D Systems公司等，近年來，也出現了中國企業的身影。我國增材制造設備產業化產品目前已接近國外產品水平，一改此類設備早期依賴進口的局面。
與此同時，全球對增材制造在船舶領域的應用研究也已取得了較大進展，業內已成功打印出種類繁多的產品和零部件，如螺旋銷、軸瓦、箱式熱交換器、螺旋槳等。在韓國，現代重工宣布在韓國蔚山設立蔚山創造經濟革新中心。該中心的一項重要任務，就是研發增材制造技術，孵化增材制造相關的初創企業。現代重工希望通過增材制造技術打印船舶構件，在生產過程中節省時間和金錢，推動行業進步。在歐洲，羅爾斯·羅伊斯公司已在船用柴油機的燃油噴射系統中應用了增材制造技術。該公司全球研究與技術總監保羅·斯坦恩表示，增材制造技術在船舶領域的應用前景廣闊，對于一些制造工藝非常復雜且難以用傳統工藝生產的幾何部件來說，增材制造可能是最好的生產方式。而鹿特丹港RAMLAB增材制造中心則希望利用增材制造技術為鹿特丹港的大型船舶提供快速維修服務。該中心曾利用混合增材制造技術生產了世界首個通過船級社認證的船用螺旋槳。
在船舶增材制造方面，中國是后來者，但近年來技術進步迅速。中船重工經濟研究中心高級分析師曹林介紹說，我國船舶工業體系內已開展了增材制造金屬粉體材料、金屬激光燒結和電子束燒結成型工藝、增材制造設備等方面的研究工作，并取得了一系列成果。
據了解，中國船舶重工集團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。通過多年項目研究和產品開發，目前，該所已開發了低碳合金鋼、高碳鋼、鈦合金等增材制造工藝，其中，合金鋼增材制備技術可以獲得強度達到500兆帕、規格大于300毫米×300毫米×300毫米的部件，增材修復部件體積可達2米×2米×1米，結合強度最高可達800兆帕；研制了直接送粉工藝，可實現復雜三維曲面制造。中船重工另一家研究所則成功研制了TC4、Ti80等鈦合金粉末，粉末質量、性能達到增材制造要求；開展了空間曲面增材制造工藝、激光燒結工藝、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制備了典型一維和二維形狀材料。中國船舶工業集團有限公司下屬一家研究所正利用增材制造技術生產鈦合金葉輪，并進行螺旋槳的試制。江蘇科技大學海洋裝備研究院則通過增材制造技術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工程研制項目中，也包含了柴油機核心部件增材制造研究的內容。
增材制造 對船舶工業影響幾何？
目前，增材制造技術已應用于產品的開發、驗證、制造和維修等環節，一些企業通過增材制造技術成功解決了生產過程中的實際問題，并取得了良好的經濟效益。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缸體、船用齒輪、主機缸套進行了激光強化；有單位通過采用激光熔覆技術，成功解決了發動機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的過程中，將增材制造技術用于鑄件新產品開發及輔助傳統模具設計制造；有單位與高校合作，開展了船用燃氣輪機機匣類零件增材制造；有單位較早采用增材制造技術進行精密無余量澆鑄蠟模制造，制造了直徑約為80毫米的渦輪增壓器用離心壓氣機葉輪等。
“一般情況下，由于省去了復雜的模具開發過程，增材制造可以大幅縮短新產品設計驗證周期，加快產品研制進度。”曹林表示，“增材制造具備‘貼近用戶’（定制化、本地化生產和交付）的潛能，可在一定程度上改變現有的生產、倉儲和物流方式，相信隨著技術進步，增材制造技術的應用有望進一步簡化供應鏈環節，提高產品售后服務的響應速度。”
當然，作為一項正在發展中的制造技術，增材制造的成熟度還遠不能同金屬切削、鑄、鍛、焊、粉末冶金等制造技術相比。胡可一認為，要實現增材制造技術在船舶領域的規模應用，未來在共性應用方面需要解決4個問題：一是材料特性要適應增材制造的特點，如要保證材料固化后強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；三是規范和標準制造過程中材料和性能不均勻性的接受程度和檢驗手段問題；四是智能化的增材制造設備的開發和研制問題，未來應研制專用型還是泛用型設備？“在船舶增材制造的個性應用方面還需要解決以下幾個問題：一是船體結構形式問題，船舶存在不少薄殼框架結構，有很多封閉空間，增材制造如何實現？二是船體結構材料問題，目前來看，鋼板材料并不適合，而復合材料存在成本和強度方面的短板。三是增材制造設備的尺度問題，如果增材制造一個超大零件，那制造設備豈不會像一臺龍門吊那么大？！四是船舶規范問題，船舶工業應用增材制造技術，必須遵守一定的測試和評價規范，船廠要進行很多驗證試驗和計算，還要被船東接受，會產生時間、資金方面的成本和風險。”胡可一說。
目前，增材制造更多還是作為傳統制造方式的補充，主要應用于“加工難、成本高、批量小”的產品或部件。曹林認為，增材制造技術未來能否規模化應用主要取決于兩個方面，一方面，是增材制造技術本身的發展，即能否按要求制造出合格的產品，目前，若要完全滿足船舶工業需求，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鍵技術；另一方面，增材制造與傳統生產模式在成本方面的比較，這一成本不僅包括生產設備和物料的一次性投入，還包括覆蓋研發、生產、維修保障等多要素的綜合比較。
業內專家表示，隨著技術的進步以及國家鼓勵政策的相繼推出，增材制造技術在船舶領域規模化應用的條件將日益成熟，增材制造技術相關的產業鏈也將日益完善，并最終推動我國船舶工業實現快速發展。
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