增材制造赋能大型海洋结构件的柔性与高效生产

无需开发或采购昂贵专用模具即可快速制造不同迭代零件，是增材制造（AM）常用于原型制造的核心原因。然而，随着材料与打印技术持续进步，更多企业能将 AM 的速度与通用性延伸至最终用途零件，特别是小批量或单件应用，快速生产新设计的能力成为核心资产。

近期，两家公司展示了复合材料增材技术可为大型海洋结构定制化提供赋能解决方案，如自主水下航行器（AUV）与摩托艇。

大尺寸 3D 打印实现可定制化 AUV 生产

自主水下航行器是一种无需与船只物理连接、无需人工远程操控即可水下航行的无人机器人，常搭载摄像头或传感器，用于国防、海洋研究或海上勘探等场景。通常，AUV 外壳要么是一个大型金属耐压壳体，要么由热成型塑料或复合材料制成。但这两种方案都需要开发采购专用模具，成本高昂且限制了对 AUV 客户的定制化程度。AUV 制造商 Dive Technologies（美国马萨诸塞州昆西）发现，复合材料 3D 打印解决了传统制造的诸多局限。

2018 年，Dive Technologies 联合创始人 Bill Lebo、Jerry Sgobbo 与 Sam Russo 决定自主创业，设计并推出新一代更强大的 AUV，满足客户对长航程与大载荷的需求。

团队开发出 DIVE-LD：长 19 英尺、直径 4 英尺的商用 AUV，可下潜 6000 米、航程 500 英里、载荷达 1 立方米。最初团队假设最终结构将用热成型塑料做外壳。为探索设计与测试，Dive 与橡树岭国家实验室（ORNL，美国田纳西州橡树岭）接洽 3D 打印快速原型。通过 ORNL，团队结识大尺寸增材制造（LFAM）专家 Additive Engineering Solutions（AES，美国俄亥俄州阿克伦），并开始合作开发 AUV 壳体制造工艺。

在 3D 打印原型开发过程中，Dive Technologies 发现 LFAM 不仅能做原型，更有潜力快速生产成品零件。打印原型部件的表现超预期满足要求，且采用 AM 生产量产车型还能节省模具成本、比传统方法更快交付，并为客户实现全新层级的快速定制化。

DIVE-LD 外壳由九个管状整流罩组件构成，由 AES 的四台 Cincinnati Inc.（美国俄亥俄州辛辛那提）大尺寸增材制造（BAAM）3D 打印机打印而成。整流罩采用 Sabic（沙特阿拉伯利雅得）供应的短切纤维填充 ABS 打印。AES 联合创始人兼副总裁 Andrew Bader 表示，AES 可在两天内打印完整壳体所有部件。交付 Dive 后，整流罩每件用四个紧固件机械连接，并涂覆涂层形成光滑流体动力学外表面。2020 年初步测试成功后，Dive 于 2021 年春季开始制造首批客户车辆，计划 6 月交付首单。

据 Russo 介绍，AM 已成为 Dive Technologies 未来车辆与产品价值主张的核心。该合作也是 AES 与复合材料 3D 打印的重大一步。Bader 补充：“人们提到 3D 打印通常想到原型、夹具与工具，这展示了 3D 打印的更多可能。”

了解更多 Dive Technologies 与 AES 详情，请阅读“大尺寸 3D 打印实现 AUV 无模具快速生产”。

连续纤维增材制造与自动化赋能多功能摩托艇设计

自 2015 年为其连续纤维制造（CFM）工艺申请专利以来，Moi Composites（意大利米兰）持续探索其基于沉积的连续纤维 3D 打印 CFM 技术的应用范围。CFM 的标志包括 Moi 定制设计软件、机械臂应用、UV 固化与“混合”制造——在 3D 打印结构芯上叠加更传统的复合材料层压。近期，公司通过演示艇 MAMBO 证明其 CFM 技术可为海洋结构设计提供更具成本效益、更快、更创新的解决方案。

Moi Composites 联合创始人 Gabriele Natale 表示，他与另一联合创始人 Michele Tonizzo 2017 年参观热那亚游艇展时意识到，模具成本与许多船体采用的传统玻璃钢树脂灌注工艺，限制了船体设计师探索更复杂新设计的能力。认识到无模具连续纤维 3D 打印技术可成为赋能方案后，Natale 说：“我们从此制定计划，开始与海洋产业合作伙伴接洽。”

最终诞生的 MAMBO 艇长 6.5 米、宽 2.5 米、干重约 800 公斤，配备导航系统、软木地板、白色皮革座椅与 115 马力发动机。Moi Composites 与船舶设计工程工作室 MICAD（意大利莱切）合作结构设计概念，将有机形状融入结构元素，灵感源自 Sonny Levi 闻名的 Arcidiavolo 双体船。设计与流体动力学分析使用 Autodesk（美国加州圣拉斐尔）Fusion 360 CAD 与 NETFABB 增材制造软件。

艇体与甲板采用 Owens Corning（美国俄亥俄州托莱多）供应的单向 E 玻纤与乙烯基酯树脂打印，设计为 50 个尺寸不一的独立段落。一半段落在 Moi 米兰设施打印，另一半在合作伙伴 Autodesk 的伯明翰先进制造中心（ACF）打印。两地均使用 Moi CFM 3D 打印技术与双 Kuka（德国奥格斯堡）机械臂。Autodesk 增材制造团队研究经理 Dominique Müller 表示，Autodesk 技术中心的 CFM 系统实现快速打印，也让 Autodesk 通过自家软件远程驾驭技术深入了解 Moi 的驱动逻辑。全量打印耗时约两个月。

打印部件运至意大利 Miggiano 的 Catmarine 造船厂拼装粘接。采用类似 Moi 用于假肢等部件的混合制造工艺，整个艇体随后通过手工铺层额外一层玻璃纤维/聚酯夹 PVC 泡沫芯材进行层压，Natale 表示厚度沿结构变化。艇体与甲板组装、打磨、胶衣涂覆完成后，合作伙伴装配推进、导航等系统完工。

2020 年秋季完成初步海试与稳定性测试，MAMBO 速度达 26 节；Moi Composites 计划 2021 夏季继续海试，力争艇艇认证。

“增材制造、数字化与自动化能加速新概念与未来项目创建，因为每设计一艘船就需要新模具。用这项技术，你可以轻松修改 3D 模型并重新打印。这对小批量或单件生产尤为完美，”Natale 说。

了解更多 MAMBO 详情，请阅读“MAMBO 为大型海洋结构 3D 打印试水”。