12款3D打印船，可上天入水

增材制造技术从20世纪80年代中期出现以来，经过30多年的发展，目前已趋于成熟并初步形成体系，作为制造业的组成部分，船舶工业将不可避免地受到3D打印技术的重大影响。首先，该技术将加快船舶工业新产品开发速度，降低开发成本。由于成型的便利，利用该技术可以更好地验证和改进设计参数和思路，提高设计水平和效率。其次，能使配套产品生产更加经济快捷。同时，该技术可给配套产品的维修服务带来极大便利。

  

接下来，南极熊盘点一下，目前都有有哪些3D打印整体船舶。

功能齐全的全3D打印船——瑞典RISE制造摩托艇
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瑞典RISE研究院的增材制造研究科学家Emil Johansson发布了一个新项目，展示了功能齐全的全3D打印船。这是一连串项目的最新成果，显示了基于笛卡尔或多轴机器人体系结构的新型大幅面挤出系统，可以让3D打印船的工艺在一定程度上可以标准化。

这是第一款使用连续纤维复合材料的全功能3D打印船，这是由另一家意大利初创公司moi Composites开发的。在这种情况下，与Autodesk合作开发和设计的船，是使用连续玻璃纤维复合热固性材料的多轴机器人FDM技术生产的。

尽管就成本效益和速度而言，连续纤维挤出工艺可能还差得远一些，但事实表明，短切纤维复合材料挤出系统在一次3D打印中非常有效，可以打印非常大的结构，例如船体。这是一项巨大的成就，现在看来，未来几年，船舶制造行业将会更加广泛应用。

毕竟，直接从CAD中构建一次性产品（例如船或小型游艇）的能力，而不必制造仅需使用一次的昂贵且费时的模具，就可以带来非常明显的好处。另一方面，另一家大型笛卡尔3D打印制造商Thermwood也表明3D打印技术还可以为游艇制造中的模具制造带来一些重大好处。

Thermwood从一个51英尺长的游艇船体模具上打印了多个部分，展示单个船体模具如何足以制造更大的船只，例如游艇。测试模具的打印部分由Techmer PM的碳纤维增强ABS制成。在这种情况下，选择ABS是因为其物理性能和与其他增强热塑性塑料相比成本较低。

Moi Composites"世界第一艘”玻纤3D打印船将在
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科技创业公司Moi Composites将在2020年Genoa游艇展上，展示 "世界上第一艘 "采用连续玻璃纤维热固材料3D打印的船。这艘3D打印船的尺寸为6.5米×2.5米，采用连续玻璃纤维热固性材料打印，3D打印船的制造由Moi Composites牵头，汇集了来自自动化、复合材料和航海行业的专家，包括Autodesk、Catmarine、Confindustria Nautica、Mercury Marine、MICAD、Osculati和Owen's Corning。

这艘3D打印船跨度为6.5米×2.5米，重约800公斤，拥有导航系统和115cv发动机。3D打印的船体根据Sonny Levi著名的Arcidiavolo设计形成了一个倒三角的形状。

利用CFM工艺，在位于英国伯明翰的先进制造工厂（AMF）使用两台KUKA Quantec高精度机器人进行3D打印，机器人将热固性的连续纤维沉积在一起，制造出纤维增强部件，表现出与单向玻璃纤维相似的机械特性，打印完成后，这些部件被连接在一起，并进行层压，以产生一体式的三明治结构。

设计和打印过程总共持续了两个月，自构思以来，3D打印船获得了摩纳哥游艇集群董事会颁发的游艇特别奖，并获得了2020年马克挑战赛的观众选择奖。

缅因大学超大3D打印船和聚合物3D打印机
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这款3D打印机可以制造出长100英尺、宽22英尺、高10英尺的物体，主要用于支持国防和基础设施应用领域的创新。 据悉，这套系统由Ingersoll机床公司开发，并使用这台机器制造出一艘25英尺（7.62米），重达5000磅的3D打印船，并命名为3Dirigo。

  

橡树岭国家实验室[ORNL]也参与了这项工作，之前，UMaine和ORNL获得了美国联邦政府2000万美元的资助，用于创建用于大规模增材制造的生物基3D材料。在此之前，缅因州技术学院（MTI）向高级结构和复合材料中心拨款500,000美元，用于开发大型3D打印船结构。

他们使用塑料和木质纤维素的混合物，在三天内生产了3Dirigo，重达5000磅。新设计的UMaine 3D打印机还将支持美国陆军作战能力发展司令部（CCDC）士兵中心开发可部署的掩体系统。因此，还制作并展示了3D打印的12英尺长的避难所。



美国海军与ORNL合作，BAAM 3D打印30英尺长的潜艇船体
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美国橡树岭国家实验室（ORNL）与美国海军的颠覆性技术实验室（Disruptive Technology Lab）合作，开发出美军的第一个3D打印潜艇船体。这个30英尺长的碳纤维示范船体是用ORNL的大面积增材制造（BAAM）3D打印机打印的，一共只花了几天的时间。

  

通过最近与ORNL的合作，现在，他们成功将潜艇的成本降低了90％。新的3D打印船体是一个可选的载人技术示范船体，受到传统的SDV的启发，但不同于之前的任何潜水器。这个30英尺的结构由一种碳纤维复合材料制成，主要包含六个部件。令人难以置信的是，从概念到组装，整个过程花了不到四个星期。

由于采用BAAM技术，这一时间大幅缩短。现在，美国海军能充分利用“按需”生产的优势。虽然目前的这个3D打印示范船体不会接受水测试，但海军已经准备好建造第二个3D打印船体，并将让它接受水测试。

  

3D打印船只摘得第26届水泥轻舟赛桂冠！
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来自苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich）的一个团队凭借其3D打印船只在第26届水泥轻舟赛（水泥轻舟赛是在高校学生团体之间进行的水泥轻舟设计、制作和竞速的综合赛事。水泥轻舟是用水泥制作的类似皮划艇的小船。）中获得设计创新第一名的殊荣。

这个名为SkelETHon的水泥轻舟是苏黎世联邦理工学院，数字建筑技术（DBT）和建筑材料物理化学（PCBM）集团合作的成果。DBT提供了计算设计和数字制作的专业知识，而PCBM集团负责开发用于制造船体结构的水泥混合料和基于施工的工艺。

SkelETHon水泥轻舟重达114千克，该长四米的船只采用了多种制作技术制作而成。对于设计而言，DBT提供了自由模板软件来制作轻舟错综复杂的设计和结构。

为了制作这只水泥轻舟，ETH团队首先3D打印出一个亚毫米级的薄塑料模板，然后采用超高性能的纤维增强混泥土材料铸造。这种钢筋增强混凝土几乎是各向同性的均值材料。该船只骨架重约4千克，并且具有高分辨率的表面纹理，其精度达0.5毫米。

ETH解释说，这种纹理旨在增加模板和外皮之间的接触面积。骨架模板本身被设计为使用拓扑和形状优化算法来减少轻舟设计所需的材料并将其重新分布在骨架状结构中，以便保持轻舟的最大韧性。船的外层涂覆了3mm厚防水混凝土以防止船只浸水。

施工工艺流程使得一个非常复杂的混凝土轻舟骨架变得可能，而且轻舟骨骼的直径只有15毫米，这是不可能用任何其他数字制造技术制造的。3D打印这种珍贵的制作工艺，为该水泥轻舟的制作成功提供了技术支持。

Autodesk联手Livrea制造全3D打印比赛帆船
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软件巨头Autodesk与意大利创业公司Livrea合作研制一款全3D打印的比赛用帆船。Livrea公司的两位联合创始人Daniele Cevola and Francesco Belivsi拥有丰富的造船经验，但一直采用的是传统方法。不过后来，由于3D打印概念火爆全球，他们也开始这项技术了。

最初，二人只是尝试性地用3D打印制造少量并且尺寸较小的零件。但很快他们就意识到，如果大规模使用，该技术能够为他们带来更多好处，比如缩短工期（从几个月到几天）、降低成本，减少材料浪费，以及实现更棒的设计，从而让帆船变得更具竞争力。所以，他们果断找到了Autodesk寻求合作，因为后者的大规模自动化3D打印系统正是他们所需要的。

该系统融合了运动控制和机器学习技术，能实现机械运动与挤出机的完美同步，首次实现了3D打印的“过程实时监控”和“自由形式材料结合”。而正是在它的帮助下，Livrea的船体曲率和其它动力设计获得了前所未有的复杂度。

3D打印无人船 用于错峰河道运输物资
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3D打印船队正在逐个进行3D打印中，这些船只可以在“水资源丰富的城市”进行操作。在未来，研究人员还设想，这些无人驾驶的船可以适应一夜之间执行城市服务，而不是在繁忙的白天进行，进一步减少道路和运河的拥堵。

无人船提供高水平的操纵性和精确控制。它们可以使用低成本3D打印机使用耐磨塑料材料制造，从而使批量制造更加可行。船体长4米乘2米的长方形船将配备传感器，微控制器，位置跟踪器和其他硬件。它们可以被编程为在几小时内自组装成浮桥，音乐会舞台，食品市场平台和其他结构。科学家们说：“再次，通常在陆地上发生的一些活动，对城市的移动造成干扰，可以暂时在水上进行。”这些船还可以配备环境传感器来监测城市的水质，并了解城市和人类的健康状况。

为了制造这些船，研究人员用商用打印机3D打印了一个矩形船体，生产了16个拼接在一起的独立部分。打印花了大约60个小时。然后通过粘合几层复合层压材料将完成的船体密封。集成到船体上的是电源，Wi-Fi天线，GPS以及小型计算机和微控制器。为了进行精确定位，研究人员将室内超声波信标系统和GPS模块（允许进行厘米级定位）以及惯性测量单元模块（其监测船的偏航角速度和角速度等参数）结合起来。

TAHOE Boats用Thermwood 3D打印工具制造船体
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TAHOE Boats是Bass Pro Shops海洋制造子公司怀特河海洋集团(White River Marine Group)的一部分，该公司宣布了一款全新的、革命性的、以家庭为导向的T16船设计。采用创新的3D打印技术，T16提供了轻巧的设计和更优惠的价格，并对质量和性能作出不妥协的承诺。

  

怀特河海洋集团营销总监莫里斯·鲍恩说：“全新的T16将使全国更多的家庭可以进行水上运动和钓鱼。”“采用创新的设计和制造流程，我们正在扩大市场，在不牺牲客户所期望的性能和质量的情况下，让这款新车型更轻、更容易拖拽、更实惠。”

  

White River Marine集团与Thermwood合作，利用Thermwood的大规模增材制造(LSAM)系统定制打印用于制造船体的工具。这是3D打印技术第一次在如此大规模的船舶生产中应用。TAHOE Boats说，这种造船技术的进步提高了T16的规划、设计和建造效率。

Thermwood 3D打印船壳的主图案在印第安纳州戴尔的开发/演示实验室。该图案由20%碳纤维填充的ABS材料打印成六个部分，每个部分之间的连接处经过机加工、固定和粘合在一起。然后将组装好的船体加工成最终的尺寸和形状。据Thermwood说，整个过程在十天内完成。模具被送到怀特河，在那里进行砂磨，并用专有涂层完成。

  

Thermwoods表示，凭借其新型垂直层打印（该模具制造时尚未提供），可以在更短的时间内生产出模具。事实上，这种类型的图案现在可以在两天内打印成一个整体，从而消除了各部分之间的加工和粘接过程，这可以将构建时间减少一半。

科学家利用3D打印技术制造出世界上最小船只
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日前荷兰莱顿大学的物理学家利用3D打印技术打印出了世界上最小的船只。据了解，该微型船只长30微米，比一根头发丝的厚度还要少三分之一，比细菌细胞大六倍。尽管船只本身小巧，但是经过显微镜放大后却被发现设计是出人意料地精致，其船身四周遍布着不同的几何形纹路。

该项目的研究人员Daniela Kraft表示：“3D打印技术为模仿‘微型游泳者（microswimmers，一种微米级的机器人）’或为优化其在流体中的运动打开了一扇创造性的大门。”此前，曾有研究人员让这些3D打印的“微型游泳者”以人体肾细胞作为货物，通过各种挑战，并且成功地完成了运输任务。

“在临床医学中，微型游泳者在不同类型的液体和细胞环境中所面临的挑战不同。微型3D打印船只在将来或许会对治疗诊断和药物输送中起到重要作用。”Daniela Kraft说。

比头发丝还细的战舰，极致到变态的日本3D打印技术
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日本的一家精密加工厂，用3D打印技术制造出了只有头发丝直径的“大和号”战舰模型，放在手指上就是一个闪光的白点。

这艘战舰模型是按照实物的52万分之一仿制的超小模型，所有零部件都是采用新型纳米3D打印和超微细加工而成的。整个战舰模型全长0.5毫米，舰上几门标志性的主炮0.003毫米。

更令人惊奇的是，这艘战舰不是一体打印的！而是由许多3D打印零部件组装起来的。这么小的零部件在组装时需要借助电子显微镜，一边看着显微镜屏幕，一边操作旋钮，靠着机械臂完成精细零件的组装。这个头发丝一样的模型一经展出就让所有人都惊叹，能够制造出如此细小的模型，需要非常高的零部件加工技术和工匠精神。

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接下来南极熊再介绍两个3D打印“船”的案例，不过不是普通的船，而且太空飞船。

全金属3D打印制造！我国新一代载人飞船试验船返回舱大底框架结构
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长征五号B火箭成功发射的我国新一代载人飞船试验船，其返回舱防热大底框架原来是3D打印出来的——激光沉积金属3D打印技术！

其中重要的技术突破之一，是由航天五院总体部主导的超大尺寸整体钛框架设计及成型技术。超大尺寸整体钛框架结构全部采用3D打印工艺制造，成功实现了减轻重量、缩短周期、降低成本等目标。新一代载人飞船试验船的成功返回也标志着超大尺寸关键结构件整体3D打印技术通过大考。

新一代载人飞船返回过程中，防热大底部位承受最恶劣气动力和气动热。防热大底框架结构就是气动力热作用下的最主要的承力部件。由于钛合金框架的尺寸超大，若使用传统锻造工艺造价极高。同时由于设计方案需要不断调整和迭代，使得原本就异常紧张的研制周期变得捉襟见肘。以航天五院总体部马彬为首的设计团队决定采用“化整为零”的思路，尝试采用激光沉积3D打印技术来实现“好、快、廉”的设计目标。该技术既能适应设计方案的快速优化与迭代，实现应对载荷分布的轻量化设计；又能同步开展超大尺寸钛框架3D打印工艺的研究，缩短研制周期，提高研制成品率，大大降低生产成本。


NASA猎户座飞船 启用100个3D打印零件
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“猎户座”飞船，是NASA的新型宇宙飞船。是由洛克希德·马丁公司负责设计和建造的飞船。实际上由两个飞行器构成，它们分别是：载人探测飞船(CEV)和货物运载火箭(CLV)。“猎户座”飞船内部空间比阿波罗飞船大2.5倍，最多可容纳6名宇航员。

猎户座”飞船一直在以指数级增长速度使用增材制造技术。根据洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）和美国国家航空航天局（NASA）最近宣布的信息，目前已完成为Artemis I任务开发的“猎户座”飞船使用了100个3D打印零件。而在执行Artemis II任务的航天器中，洛克希德公司已开发了近200个3D打印部件。

采用3D打印技术，可以有效的降低包括“猎户座”飞船在内的开发成本和进度效率，并以此方式实现洛克希德的技术进步要求，并且3D打印技术还旨在使得航天器更有效地获得重用，3D打印更具成本竞争力，并能更快地交付具有更好技术性能的航天器。

除了降本增效，3D打印还可以实现很多传统上难以生产的零件，例如经过质量优化的结构支架和可在整个机舱内引导气流的管道。洛克希德还3D打印了不同的垫片（在座椅边缘和宇航员臀部之间的部分），并且根据使用它的宇航员而设计出各种尺寸的垫片。

3D打印船的应用