淺析3D打印技術(shù)在燈浮標(biāo)制造方面的前景應(yīng)用

王雄杰+周炳泉

摘 要：在現(xiàn)有超高分子量聚乙烯燈浮標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用3D打印技術(shù)，制造出整體成型、造價(jià)低廉、質(zhì)量輕便的ABS塑料燈浮標(biāo)，達(dá)到降本增效、節(jié)能環(huán)保、維護(hù)簡(jiǎn)單的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：3D打印 燈浮標(biāo) 技術(shù)可行性 使用維護(hù) 優(yōu)勢(shì)比較 實(shí)施步驟

1.引言

3D打印技術(shù)自2010年發(fā)展至今，技術(shù)已日趨成熟，目前已成功應(yīng)用于小至一件服裝、大到一幢房子、精密如一輛汽車等各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，那么這一技術(shù)是否能夠應(yīng)用到制造工藝并不算復(fù)雜的燈浮標(biāo)制造，應(yīng)該是值得我們航標(biāo)管理機(jī)構(gòu)探討的一個(gè)問題。

2.3D打印燈浮標(biāo)的技術(shù)可行性

3D打印技術(shù)主要是熱熔融，原理較為簡(jiǎn)單，利用塑料熔點(diǎn)低的特性（200℃左右），將塑料加熱至熔點(diǎn)，計(jì)算機(jī)根據(jù)3D模型進(jìn)行自動(dòng)切片，操作打印機(jī)逐層打印，是一種加法制造技術(shù)。目前我國(guó)燈浮標(biāo)的材料技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到超高分子量聚乙烯材料，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種線型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料，3D打印的主要應(yīng)用材料也是熱塑性塑料（如PLA、ABS樹脂、尼龍等常用材料），可見3D打印技術(shù)在材料方面符合燈浮標(biāo)要求。燈浮標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)造和工藝要求相對(duì)已有的一些3D打印產(chǎn)品并不算復(fù)雜，有現(xiàn)成的產(chǎn)品技術(shù)可以借鑒，只需找專業(yè)廠家做一臺(tái)大型的龍門結(jié)構(gòu)打印機(jī)，根據(jù)傳統(tǒng)浮標(biāo)結(jié)構(gòu)建立計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行試驗(yàn)使用，不斷完善后就可以量化生產(chǎn)，最終把燈浮標(biāo)做成低成本的易耗品，一次性使用無需養(yǎng)護(hù)，改變整個(gè)燈浮標(biāo)作業(yè)維護(hù)流程。

目前常用的熱塑性塑料3D打印材料有ABS樹脂、PLA和尼龍粉，其性能對(duì)比見表1。

綜合比選，目前技術(shù)下可選用ABS樹脂作為3D打印燈浮標(biāo)的原材料，最能符合燈浮標(biāo)的性能要求和使用環(huán)境，且造價(jià)較為經(jīng)濟(jì)合理，當(dāng)然也不排除其它更理想的材料可以選用，需要材料學(xué)相關(guān)專家進(jìn)行多種材料實(shí)驗(yàn)對(duì)比擇優(yōu)選取。

3.3D打印燈浮標(biāo)的使用維護(hù)設(shè)想

3D打印燈浮標(biāo)的浮鼓、燈架、望板一次打印成型，蓄電池和電控線路打印在標(biāo)體內(nèi)，在打印過程中使用多重材料技術(shù)能夠同時(shí)進(jìn)行彩色和混色打印，表面不需要涂漆，頂部預(yù)留螺栓孔，投放浮標(biāo)前只需要安裝太陽(yáng)能板與航標(biāo)燈器即可。蓄電池的充放電壽命大概是500次（天）即連續(xù)使用16.67個(gè)月，3D打印燈浮標(biāo)在電池壽命期結(jié)束后即進(jìn)行吊換，舊標(biāo)在剝離出蓄電池和電路后可再次溶解循環(huán)打印或直接報(bào)廢處理，省去傳統(tǒng)燈浮標(biāo)因標(biāo)身褪色、望板變形等原因造成的維護(hù)保養(yǎng)環(huán)節(jié)。但由于3D打印燈浮標(biāo)質(zhì)量很輕，在浪涌較大的水域會(huì)搖擺十分厲害，當(dāng)航標(biāo)燈器或太陽(yáng)能板發(fā)生故障需要檢修時(shí)，必需使用帶夾持裝置的航標(biāo)船夾住后，航標(biāo)維護(hù)人員才能站上去對(duì)其進(jìn)行檢修。

4.3D打印燈浮標(biāo)與傳統(tǒng)燈浮標(biāo)的優(yōu)勢(shì)比較

造價(jià)低廉、整體成型、質(zhì)量輕便、維護(hù)簡(jiǎn)易是3D打印燈浮標(biāo)相對(duì)于傳統(tǒng)鋼制燈浮標(biāo)的主要優(yōu)勢(shì)，具體分析見表2.

5.實(shí)施步驟

首先，與3D打印廠家或科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行項(xiàng)目合作，通過材料比選實(shí)驗(yàn)選擇最優(yōu)打印材料，在計(jì)算機(jī)輔助軟件上根據(jù)燈浮標(biāo)構(gòu)造建立打印模型，3D打印機(jī)按照模型打印出小比例燈浮標(biāo)，在模擬海況中進(jìn)行試驗(yàn)，在獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)也培養(yǎng)出航標(biāo)管理機(jī)構(gòu)的專業(yè)3D打印技術(shù)人才；然后再進(jìn)行等比例燈浮標(biāo)的制造和真實(shí)環(huán)境試驗(yàn)，測(cè)試其在高溫、高鹽、高濕環(huán)境下的適應(yīng)能力，進(jìn)一步改進(jìn)完善直至實(shí)際可用，申請(qǐng)專利技術(shù)保護(hù)；最后建設(shè)生產(chǎn)車間量化生產(chǎn)，按計(jì)劃逐步取代傳統(tǒng)燈浮標(biāo)，并在各個(gè)海區(qū)推廣。

6.結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，航標(biāo)這一古老而又重要的水上公益設(shè)施，也在不斷的進(jìn)行著技術(shù)革新，本文對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用于航標(biāo)領(lǐng)域的設(shè)想變成事實(shí)之前，還有很多細(xì)節(jié)問題有待解決并通過實(shí)踐來檢驗(yàn)，這個(gè)不斷試驗(yàn)和檢驗(yàn)的過程，需要各級(jí)航標(biāo)管理機(jī)構(gòu)的關(guān)注和投入才有可能實(shí)現(xiàn)。如本文所述，這一成果一旦得以實(shí)現(xiàn)，將改變整個(gè)燈浮標(biāo)作業(yè)維護(hù)流程，繼而為航海保障事業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。