近年來，3D打印技術發(fā)展勢頭迅猛，已被廣 泛地運用于航空航天、汽車零部件、重大裝備、文 化創(chuàng)意、生物醫(yī)學等領域  ，根據(jù)美國添加制造技術咨詢服務協(xié)會Wohlers在2013年發(fā)布的年度  報告，3D打印產(chǎn)品在2013年全球市場規(guī)模約為40億美元，相比2012年市場年均復合增長率近100%，預計到2017年3D打印市場份額將達到50～60億美元左右。但是在船舶行業(yè)的應用鮮有  報道，作為一種新興的制作技術，有必要了解其原 理及其在船用柴油機中的應用前景。

1.3D打印技術基本原理
1.1 3D打印技術原理
根據(jù)維基百科對3D打印技術的解釋 ：“它運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過一層又一層的多層打印技術，來構造零部件。  ”通俗地說，3D打印就是在普通二維打印的基礎上再加一維，之所以還稱之為“打印”，則是因為其借鑒了二維打印的技術原理，分層加工的形式和噴墨打印的過程相似，只不過打印的材料是“實物”而不是“墨水”。3D打印技術的原理如圖1所示，首先通過一組平行平面去截零件，得到一系列足夠薄的切片(一般為0.01～0.1mm)或者稱之為二維零件模型，然后按照一定規(guī)則堆積起來即可得到整個零件。

1.23D打印技術工作流程
根據(jù)3D打印技術的原理，在進行實物打印時  需要以物體三維數(shù)字模型為基礎，輸出利用三角面模擬幾何模型的STL格式幾何文件給專業(yè)分層軟件，利用軟件將三維模型分層離散，根據(jù)實際層面信息進行工藝規(guī)劃并生成供打印設備識別的驅(qū)動代碼，根據(jù)代碼命令利用不同技術方式的打印設備，再使用激光束、熱熔噴嘴等方式，將金屬、陶瓷等粉末材料或紙、聚丙烯等固體材料以及液體樹脂、細胞組織等液態(tài)材料進行逐層堆積黏結成型，最后再根據(jù)打印設備技術特點進行固化、燒結、拋光等后處理  。其工作流程如圖2中所示。

2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來隨著國際和國家層面對3D打印技術的關注和支持，國內(nèi)研究持續(xù)火熱，為整合資源，形成設備、材料全產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)，將整個產(chǎn)業(yè)做大做強，高校和地方政府結合組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的形式逐漸興起  ，已經(jīng)成立的有中國3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、陜 西省3D產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺、浙江省3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等，上海、南京等地也在逐漸醞釀成立3D產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。  3D產(chǎn)業(yè)技術在20世紀90年代初由清華大學顏永年教授引入國內(nèi)，但是由于和CNC加工中心存在競爭關系，往往只作為CNC的補充，多停留在高校研究和教育培訓領域。
而國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品多以自主開發(fā)桌面級產(chǎn)品，同時代理國外工業(yè)級產(chǎn)品的模式為主，產(chǎn)業(yè)化進程緩慢，自主開發(fā)的產(chǎn)品在成型精度、成型速度以及產(chǎn)品穩(wěn)定性方面和國外產(chǎn)品尚存在一定差距。高附加值的粉末等原材料開發(fā)工藝能力不足，企業(yè)  經(jīng)營模式也較為單一。  近年來隨著3D打印技術的進步和國外市場的推動，國內(nèi)西安交大的盧秉恒院士等團隊、湖南華曙等企業(yè)，在解決激光成型中變形開裂，尼龍燒結材料研制等方面均取得了一定的成果，特別是在航  天領域已經(jīng)達到世界先進技術水平 。

3.3D打印技術優(yōu)缺點分析
3.1 3D打印技術的優(yōu)點
3D打印技術的主要優(yōu)點：
(1)設計制造快速一體化。由設計三維模型直  接驅(qū)動制造，通過三維模型識別、分層轉(zhuǎn)換、代碼生成、疊加成型等一系列過程，在一定程度上實現(xiàn)了設計、制造一體化。這樣就可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉(zhuǎn)換成真實的產(chǎn)品模型，從而可以對正處于設計階段的產(chǎn)品做出快速評價、修改及功能試驗。
(2)高效率生產(chǎn)。可以實現(xiàn)無人操控的自動生 產(chǎn)，且無需開發(fā)模具，產(chǎn)品周期可以縮短近4/5;零件的形狀和結構設計也沒有任何約束，有利于激  發(fā)設計的思維活躍度，實現(xiàn)個性化和定制化，基于拓撲設計優(yōu)化的復雜模型的直接制造也成為可能。
(3)材料豐富。材料沒有限制，樹脂、塑料、陶瓷、紙質(zhì)、金屬亦或復合材料都可以使用，甚至 可以根據(jù)零件實際功能要求實現(xiàn)不同部位不同材料。
(4)低研發(fā)成本。與傳統(tǒng)“去材制造”有別，無需初始生產(chǎn)線和模具投入，一次打印完剩余的原材料還可重復利用，提高了材料和能源的利用效率，大幅度減少了原材料消耗浪費以及對環(huán)境地破壞。

3.23D打印技術的缺點
從中長期看，3D打印技術具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)化距離成熟階段尚有較大距離，3D打印技術還須進一步克服以下缺點：
(1)尺寸限制明顯，制造成本高，金屬材料種類偏少;大型零件打印時間太長，與傳統(tǒng)加工方式相比沒有優(yōu)勢;現(xiàn)有3D打印機造價普遍較為昂貴，金屬3D打印機的售價一般要400～500萬以上，有的甚至過千萬;材料粉末價格比材料本身高10倍以上，且目前可用的金屬材料種類較少，這都給其進一步普及應用帶來了困難。
(2)精度和效率難平衡，無法滿足高效生產(chǎn)。目前3D打印成品的精度還不盡如人意，表明光滑度與產(chǎn)品要求仍差距明顯，打印效率與鑄造等批量生產(chǎn)方式相比，產(chǎn)能還遠不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突，制造精度與制造效率的平衡問題還有待解決。
(3)金屬零件工作強度偏低。目前，3D打印技術的金屬構件無法達到高溫、重載、沖擊等極其嚴酷的工況的要求，還須配合后續(xù)的致密性處理，如靜壓處理等;經(jīng)過加工后，堆積成型產(chǎn)品的韌性與強度等都有待進一步提高。
(4)打印過程可能造****體危害，產(chǎn)業(yè)環(huán)境急須立法完善。3D打印部分設備由于原料為粉末，在成品后處理過程中不可避免會產(chǎn)生一定的粉塵，可能會對人體呼吸道和肺部帶來一定的疾病隱患。同時，由于3D打印產(chǎn)品更容易被復制和擴散，產(chǎn)品設計和生產(chǎn)各階段都存在一定的侵權風險，容易  引起知識產(chǎn)權糾紛，急須立法保護。
3.3 3D打印技術的發(fā)展趨勢
隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術與裝備將以數(shù)字化、網(wǎng)絡化為基礎，向個性化、精密化、智能化、通用化以及便捷化等方向發(fā)展。

(1)工藝和設備開發(fā)。提升3D打印技術的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品制造，更加適應分布化生產(chǎn)、設計與制造一體化的需求，可以直接打印出尺寸更大的零件。
(2)材料驗證。開發(fā)多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、相變零膨脹材料、非均質(zhì)材料及復合材料等，在擴展3D打印技術應用范圍的同時降低打印成本。
(3)軟件升級。軟件集成化，實現(xiàn)設計加工制造一體化，使設計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，減小數(shù)據(jù)處理誤差，實現(xiàn)設計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造。
(4)拓展應用領域。在生物醫(yī)學、建筑、車輛、服裝、能源等領域的應用得到進一步拓展。
4.3D打印在船用柴油機領域的應用前景
目前，3D打印技術應用最為廣泛的是消費品， 電子、交通設備和醫(yī)療三大領域，在船用柴油機領域的應用鮮有報道，這和3D打印的技術特  點、技術現(xiàn)狀以及船用柴油機自身的特點有關。  船用柴油機屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，零件尺寸往往較大，使用材料沒有特殊要求，而3D打印機的打印尺寸有限且打印材料成本往往遠高于材料本身價格，因此船用柴油機領域還不具備批量的直接進行金屬打印的條件。但是根據(jù)3D打印技術的特點和優(yōu)勢，可以在樣機研發(fā)過程中作為縮短開發(fā)周期和改進設計的有力手段進行多方面嘗試。
4.1快速原型
利用3D打印技術可以快速地使設計模型可視化?；诖蛴〉目焖僭涂梢詸z查實體模型的設計情況，進行模型改進和優(yōu)化;對于須要檢查裝配情況的模型，可以不考慮材料和強度，在保證精度的情況下利用廉價材料快速造型，進行裝配檢查，節(jié)省設計時間。  除了快速打印原型零件進行設計和裝配檢查外，還可以打印特殊的試驗件，快速響應試驗需求。如直接利用樹脂材料打印多方案氣道吹風試驗樣件(圖3)，可以有效縮短制作“木模—砂?！T造原型”的時間;由于跳過了前期高額的樣件制造所需的模具費用，且可以自由設計，省卻了多余材料，直接打印成型，可以大幅縮短開發(fā)成本。

4.2快速鑄造
在產(chǎn)品開發(fā)過程中，模具的形狀和加工周期是制約整個產(chǎn)品生命周期的重要因素，也是目前3D打印技術與實際工業(yè)聯(lián)系最為緊密的應用。對于尺寸較大的船用零部件，受限于金屬打印的尺寸限制，直接打印出金屬模具困難較大，但是可以應用無?？焖勹T造。  以往船用柴油機的復雜結構零件鑄造工藝都是通過三維CAD模型得到三維砂芯模型，然后建立符合工藝要求的三維砂芯模具模型，制作砂芯模具，通過翻砂制作砂芯，再進行澆鑄等。
利用3D打印技術中的無模鑄造技術直接制作出符合鑄造要求的零件砂芯，可以簡化傳統(tǒng)鑄造工藝，同時保證不同模具之間帶來的容差型，提高效率、降低成本。  由于船用柴油機機體和缸蓋內(nèi)部結構復雜，依靠傳統(tǒng)的設計制造方法，僅鑄造模具、修改模具等環(huán)節(jié)就需要近半年的時間，而且機體和缸蓋等內(nèi)部存在多處自由曲面，采用傳統(tǒng)方法制造很難保證曲面精度。而采用無模鑄造技術，先制作出用于鑄造的砂型，再澆鑄成機體和缸蓋，不但可以極大地保證模具精度，更為重要的是，大大節(jié)省了時間。與傳統(tǒng)方法相比，采用無模鑄造技術可以將成品時間縮短2/3。圖4為幾個無模制作實例。

同理，進排氣管、增壓器罩殼和油泵罩殼等部件也可以利用同樣的方法進行快速鑄造;除此之外，還可以直接打印蠟模，用于增壓器渦輪葉片等部件的熔模精密制造，以避免薄壁熱開裂現(xiàn)象。
4.3快速制造
近幾年來，隨著3D打印技術材料的豐富和打印精度、打印尺寸的進步，利用3D打印技術的優(yōu)勢和特點，越來越多的小批量、定制化和高設計附加值的產(chǎn)品開始直接進行成品打印。  在船用柴油機領域，同樣受限于金屬材料的打印尺寸，目前尚不能打印大尺寸零件，但是可以對增壓器渦輪葉片、氣門和氣門座圈等尺寸容差率和精度要求高的高溫合金材料零件進行直接打印成型;也可以解放設計束縛，進行快速混合制造，即對于零件好加工的部分采用傳統(tǒng)制造方式，難加工的部分直接3D打印;或者對于像ECU插板(圖5)等非金屬件進行自由設計和打印。
另外，利用3D打印技術的優(yōu)勢突破以往加工 限制，設計中空零件或者復合材料零件;對于冷卻水道等受限于制造工藝的部位進行優(yōu)化設計，為設計帶來新思路。

4.4快速修復
近年來在航空航天領域，對于容易損壞且造價較高的鈦合金葉片等零件常常利用3D打印中DMD(DirectMetalDeposition金屬送粉沉積)技術靈活牢固的特點，進行直接修復(圖6)，或?qū)δ湍ゲ牧线M行金屬涂覆。

對于船用柴油機來說，曲軸主軸瓦等零部件造價較高且極易磨損，可以利用3D打印技術對該類零件損壞處進行修復或者添加高溫鎳基合金等材料作為涂層，以提高其耐磨性能和疲勞壽命。

3D打印技術作為一種“增材制造”技術，近年來受到了越來越多的關注，其設計制造一體化，適合小批量、定制化和個性化制造的技術優(yōu)勢和特點，推動其在航空航天、汽車、醫(yī)療制造業(yè)等領域的應用。  船用柴油機作為傳統(tǒng)行業(yè)有其自身的特點，目前3D打印技術的水平還無法挑戰(zhàn)傳統(tǒng)工藝在船用柴油機領域中的地位，但是3D打印技術具有廣泛的應用潛力，可以作為傳統(tǒng)工藝的一種有利補充，應用在小批量產(chǎn)品研發(fā)和試驗件制造。隨著3D技術的進步，材料的豐富和打印成本的降低，相信未來其在船用柴油機中的應用會越來越廣泛。

轉(zhuǎn)貼自南極熊

近年來，3D打印技術發(fā)展勢頭迅猛，已被廣 泛地運用于航空航天、汽車零部件、重大裝備、文 化創(chuàng)意、生物醫(yī)學等領域  ，根據(jù)美國添加制造技術咨詢服務協(xié)會Wohlers在2013年發(fā)布的年度  報告，3D打印產(chǎn)品在2013年全球市場規(guī)模約為40億美元，相比2012年市場年均復合增長率近100%，預計到2017年3D打印市場份額將達到50～60億美元左右。但是在船舶行業(yè)的應用鮮有  報道，作為一種新興的制作技術，有必要了解其原 理及其在船用柴油機中的應用前景。

1.3D打印技術基本原理
1.1 3D打印技術原理
根據(jù)維基百科對3D打印技術的解釋 ：“它運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過一層又一層的多層打印技術，來構造零部件。  ”通俗地說，3D打印就是在普通二維打印的基礎上再加一維，之所以還稱之為“打印”，則是因為其借鑒了二維打印的技術原理，分層加工的形式和噴墨打印的過程相似，只不過打印的材料是“實物”而不是“墨水”。3D打印技術的原理如圖1所示，首先通過一組平行平面去截零件，得到一系列足夠薄的切片(一般為0.01～0.1mm)或者稱之為二維零件模型，然后按照一定規(guī)則堆積起來即可得到整個零件。

1.23D打印技術工作流程
根據(jù)3D打印技術的原理，在進行實物打印時  需要以物體三維數(shù)字模型為基礎，輸出利用三角面模擬幾何模型的STL格式幾何文件給專業(yè)分層軟件，利用軟件將三維模型分層離散，根據(jù)實際層面信息進行工藝規(guī)劃并生成供打印設備識別的驅(qū)動代碼，根據(jù)代碼命令利用不同技術方式的打印設備，再使用激光束、熱熔噴嘴等方式，將金屬、陶瓷等粉末材料或紙、聚丙烯等固體材料以及液體樹脂、細胞組織等液態(tài)材料進行逐層堆積黏結成型，最后再根據(jù)打印設備技術特點進行固化、燒結、拋光等后處理  。其工作流程如圖2中所示。

2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來隨著國際和國家層面對3D打印技術的關注和支持，國內(nèi)研究持續(xù)火熱，為整合資源，形成設備、材料全產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)，將整個產(chǎn)業(yè)做大做強，高校和地方政府結合組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的形式逐漸興起  ，已經(jīng)成立的有中國3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、陜 西省3D產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺、浙江省3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等，上海、南京等地也在逐漸醞釀成立3D產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。  3D產(chǎn)業(yè)技術在20世紀90年代初由清華大學顏永年教授引入國內(nèi)，但是由于和CNC加工中心存在競爭關系，往往只作為CNC的補充，多停留在高校研究和教育培訓領域。
而國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品多以自主開發(fā)桌面級產(chǎn)品，同時代理國外工業(yè)級產(chǎn)品的模式為主，產(chǎn)業(yè)化進程緩慢，自主開發(fā)的產(chǎn)品在成型精度、成型速度以及產(chǎn)品穩(wěn)定性方面和國外產(chǎn)品尚存在一定差距。高附加值的粉末等原材料開發(fā)工藝能力不足，企業(yè)  經(jīng)營模式也較為單一。  近年來隨著3D打印技術的進步和國外市場的推動，國內(nèi)西安交大的盧秉恒院士等團隊、湖南華曙等企業(yè)，在解決激光成型中變形開裂，尼龍燒結材料研制等方面均取得了一定的成果，特別是在航  天領域已經(jīng)達到世界先進技術水平 。

3.3D打印技術優(yōu)缺點分析
3.1 3D打印技術的優(yōu)點
3D打印技術的主要優(yōu)點：
(1)設計制造快速一體化。由設計三維模型直  接驅(qū)動制造，通過三維模型識別、分層轉(zhuǎn)換、代碼生成、疊加成型等一系列過程，在一定程度上實現(xiàn)了設計、制造一體化。這樣就可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉(zhuǎn)換成真實的產(chǎn)品模型，從而可以對正處于設計階段的產(chǎn)品做出快速評價、修改及功能試驗。
(2)高效率生產(chǎn)。可以實現(xiàn)無人操控的自動生 產(chǎn)，且無需開發(fā)模具，產(chǎn)品周期可以縮短近4/5;零件的形狀和結構設計也沒有任何約束，有利于激  發(fā)設計的思維活躍度，實現(xiàn)個性化和定制化，基于拓撲設計優(yōu)化的復雜模型的直接制造也成為可能。
(3)材料豐富。材料沒有限制，樹脂、塑料、陶瓷、紙質(zhì)、金屬亦或復合材料都可以使用，甚至 可以根據(jù)零件實際功能要求實現(xiàn)不同部位不同材料。
(4)低研發(fā)成本。與傳統(tǒng)“去材制造”有別，無需初始生產(chǎn)線和模具投入，一次打印完剩余的原材料還可重復利用，提高了材料和能源的利用效率，大幅度減少了原材料消耗浪費以及對環(huán)境地破壞。

3.23D打印技術的缺點
從中長期看，3D打印技術具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)化距離成熟階段尚有較大距離，3D打印技術還須進一步克服以下缺點：
(1)尺寸限制明顯，制造成本高，金屬材料種類偏少;大型零件打印時間太長，與傳統(tǒng)加工方式相比沒有優(yōu)勢;現(xiàn)有3D打印機造價普遍較為昂貴，金屬3D打印機的售價一般要400～500萬以上，有的甚至過千萬;材料粉末價格比材料本身高10倍以上，且目前可用的金屬材料種類較少，這都給其進一步普及應用帶來了困難。
(2)精度和效率難平衡，無法滿足高效生產(chǎn)。目前3D打印成品的精度還不盡如人意，表明光滑度與產(chǎn)品要求仍差距明顯，打印效率與鑄造等批量生產(chǎn)方式相比，產(chǎn)能還遠不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突，制造精度與制造效率的平衡問題還有待解決。
(3)金屬零件工作強度偏低。目前，3D打印技術的金屬構件無法達到高溫、重載、沖擊等極其嚴酷的工況的要求，還須配合后續(xù)的致密性處理，如靜壓處理等;經(jīng)過加工后，堆積成型產(chǎn)品的韌性與強度等都有待進一步提高。
(4)打印過程可能造****體危害，產(chǎn)業(yè)環(huán)境急須立法完善。3D打印部分設備由于原料為粉末，在成品后處理過程中不可避免會產(chǎn)生一定的粉塵，可能會對人體呼吸道和肺部帶來一定的疾病隱患。同時，由于3D打印產(chǎn)品更容易被復制和擴散，產(chǎn)品設計和生產(chǎn)各階段都存在一定的侵權風險，容易  引起知識產(chǎn)權糾紛，急須立法保護。
3.3 3D打印技術的發(fā)展趨勢
隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術與裝備將以數(shù)字化、網(wǎng)絡化為基礎，向個性化、精密化、智能化、通用化以及便捷化等方向發(fā)展。

(1)工藝和設備開發(fā)。提升3D打印技術的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品制造，更加適應分布化生產(chǎn)、設計與制造一體化的需求，可以直接打印出尺寸更大的零件。
(2)材料驗證。開發(fā)多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、相變零膨脹材料、非均質(zhì)材料及復合材料等，在擴展3D打印技術應用范圍的同時降低打印成本。
(3)軟件升級。軟件集成化，實現(xiàn)設計加工制造一體化，使設計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，減小數(shù)據(jù)處理誤差，實現(xiàn)設計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造。
(4)拓展應用領域。在生物醫(yī)學、建筑、車輛、服裝、能源等領域的應用得到進一步拓展。
4.3D打印在船用柴油機領域的應用前景
目前，3D打印技術應用最為廣泛的是消費品， 電子、交通設備和醫(yī)療三大領域，在船用柴油機領域的應用鮮有報道，這和3D打印的技術特  點、技術現(xiàn)狀以及船用柴油機自身的特點有關。  船用柴油機屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，零件尺寸往往較大，使用材料沒有特殊要求，而3D打印機的打印尺寸有限且打印材料成本往往遠高于材料本身價格，因此船用柴油機領域還不具備批量的直接進行金屬打印的條件。但是根據(jù)3D打印技術的特點和優(yōu)勢，可以在樣機研發(fā)過程中作為縮短開發(fā)周期和改進設計的有力手段進行多方面嘗試。
4.1快速原型
利用3D打印技術可以快速地使設計模型可視化?；诖蛴〉目焖僭涂梢詸z查實體模型的設計情況，進行模型改進和優(yōu)化;對于須要檢查裝配情況的模型，可以不考慮材料和強度，在保證精度的情況下利用廉價材料快速造型，進行裝配檢查，節(jié)省設計時間。  除了快速打印原型零件進行設計和裝配檢查外，還可以打印特殊的試驗件，快速響應試驗需求。如直接利用樹脂材料打印多方案氣道吹風試驗樣件(圖3)，可以有效縮短制作“木模—砂?！T造原型”的時間;由于跳過了前期高額的樣件制造所需的模具費用，且可以自由設計，省卻了多余材料，直接打印成型，可以大幅縮短開發(fā)成本。

4.2快速鑄造
在產(chǎn)品開發(fā)過程中，模具的形狀和加工周期是制約整個產(chǎn)品生命周期的重要因素，也是目前3D打印技術與實際工業(yè)聯(lián)系最為緊密的應用。對于尺寸較大的船用零部件，受限于金屬打印的尺寸限制，直接打印出金屬模具困難較大，但是可以應用無?？焖勹T造。  以往船用柴油機的復雜結構零件鑄造工藝都是通過三維CAD模型得到三維砂芯模型，然后建立符合工藝要求的三維砂芯模具模型，制作砂芯模具，通過翻砂制作砂芯，再進行澆鑄等。
利用3D打印技術中的無模鑄造技術直接制作出符合鑄造要求的零件砂芯，可以簡化傳統(tǒng)鑄造工藝，同時保證不同模具之間帶來的容差型，提高效率、降低成本。  由于船用柴油機機體和缸蓋內(nèi)部結構復雜，依靠傳統(tǒng)的設計制造方法，僅鑄造模具、修改模具等環(huán)節(jié)就需要近半年的時間，而且機體和缸蓋等內(nèi)部存在多處自由曲面，采用傳統(tǒng)方法制造很難保證曲面精度。而采用無模鑄造技術，先制作出用于鑄造的砂型，再澆鑄成機體和缸蓋，不但可以極大地保證模具精度，更為重要的是，大大節(jié)省了時間。與傳統(tǒng)方法相比，采用無模鑄造技術可以將成品時間縮短2/3。圖4為幾個無模制作實例。

同理，進排氣管、增壓器罩殼和油泵罩殼等部件也可以利用同樣的方法進行快速鑄造;除此之外，還可以直接打印蠟模，用于增壓器渦輪葉片等部件的熔模精密制造，以避免薄壁熱開裂現(xiàn)象。
4.3快速制造
近幾年來，隨著3D打印技術材料的豐富和打印精度、打印尺寸的進步，利用3D打印技術的優(yōu)勢和特點，越來越多的小批量、定制化和高設計附加值的產(chǎn)品開始直接進行成品打印。  在船用柴油機領域，同樣受限于金屬材料的打印尺寸，目前尚不能打印大尺寸零件，但是可以對增壓器渦輪葉片、氣門和氣門座圈等尺寸容差率和精度要求高的高溫合金材料零件進行直接打印成型;也可以解放設計束縛，進行快速混合制造，即對于零件好加工的部分采用傳統(tǒng)制造方式，難加工的部分直接3D打印;或者對于像ECU插板(圖5)等非金屬件進行自由設計和打印。
另外，利用3D打印技術的優(yōu)勢突破以往加工 限制，設計中空零件或者復合材料零件;對于冷卻水道等受限于制造工藝的部位進行優(yōu)化設計，為設計帶來新思路。

4.4快速修復
近年來在航空航天領域，對于容易損壞且造價較高的鈦合金葉片等零件常常利用3D打印中DMD(DirectMetalDeposition金屬送粉沉積)技術靈活牢固的特點，進行直接修復(圖6)，或?qū)δ湍ゲ牧线M行金屬涂覆。

對于船用柴油機來說，曲軸主軸瓦等零部件造價較高且極易磨損，可以利用3D打印技術對該類零件損壞處進行修復或者添加高溫鎳基合金等材料作為涂層，以提高其耐磨性能和疲勞壽命。

3D打印技術作為一種“增材制造”技術，近年來受到了越來越多的關注，其設計制造一體化，適合小批量、定制化和個性化制造的技術優(yōu)勢和特點，推動其在航空航天、汽車、醫(yī)療制造業(yè)等領域的應用。  船用柴油機作為傳統(tǒng)行業(yè)有其自身的特點，目前3D打印技術的水平還無法挑戰(zhàn)傳統(tǒng)工藝在船用柴油機領域中的地位，但是3D打印技術具有廣泛的應用潛力，可以作為傳統(tǒng)工藝的一種有利補充，應用在小批量產(chǎn)品研發(fā)和試驗件制造。隨著3D技術的進步，材料的豐富和打印成本的降低，相信未來其在船用柴油機中的應用會越來越廣泛。

轉(zhuǎn)貼自南極熊