浅析3D打印技术在灯浮标制造方面的前景应用

王雄杰+周炳泉

摘 要：在现有超高分子量聚乙烯灯浮标的基础上，利用3D打印技术，制造出整体成型、造价低廉、质量轻便的ABS塑料灯浮标，达到降本增效、节能环保、维护简单的目标。

关键词：3D打印 灯浮标 技术可行性 使用维护 优势比较 实施步骤

1.引言

3D打印技术自2010年发展至今，技术已日趋成熟，目前已成功应用于小至一件服装、大到一幢房子、精密如一辆汽车等各个工业生产领域，那么这一技术是否能够应用到制造工艺并不算复杂的灯浮标制造，应该是值得我们航标管理机构探讨的一个问题。

2.3D打印灯浮标的技术可行性

3D打印技术主要是热熔融，原理较为简单，利用塑料熔点低的特性（200℃左右），将塑料加热至熔点，计算机根据3D模型进行自动切片，操作打印机逐层打印，是一种加法制造技术。目前我国灯浮标的材料技术已经发展到超高分子量聚乙烯材料，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，3D打印的主要应用材料也是热塑性塑料（如PLA、ABS树脂、尼龙等常用材料），可见3D打印技术在材料方面符合灯浮标要求。灯浮标结构构造和工艺要求相对已有的一些3D打印产品并不算复杂，有现成的产品技术可以借鉴，只需找专业厂家做一台大型的龙门结构打印机，根据传统浮标结构建立计算机模型进行试验使用，不断完善后就可以量化生产，最终把灯浮标做成低成本的易耗品，一次性使用无需养护，改变整个灯浮标作业维护流程。

目前常用的热塑性塑料3D打印材料有ABS树脂、PLA和尼龙粉，其性能对比见表1。

综合比选，目前技术下可选用ABS树脂作为3D打印灯浮标的原材料，最能符合灯浮标的性能要求和使用环境，且造价较为经济合理，当然也不排除其它更理想的材料可以选用，需要材料学相关专家进行多种材料实验对比择优选取。

3.3D打印灯浮标的使用维护设想

3D打印灯浮標的浮鼓、灯架、望板一次打印成型，蓄电池和电控线路打印在标体内，在打印过程中使用多重材料技术能够同时进行彩色和混色打印，表面不需要涂漆，顶部预留螺栓孔，投放浮标前只需要安装太阳能板与航标灯器即可。蓄电池的充放电寿命大概是500次（天）即连续使用16.67个月，3D打印灯浮标在电池寿命期结束后即进行吊换，旧标在剥离出蓄电池和电路后可再次溶解循环打印或直接报废处理，省去传统灯浮标因标身褪色、望板变形等原因造成的维护保养环节。但由于3D打印灯浮标质量很轻，在浪涌较大的水域会摇摆十分厉害，当航标灯器或太阳能板发生故障需要检修时，必需使用带夹持装置的航标船夹住后，航标维护人员才能站上去对其进行检修。

4.3D打印灯浮标与传统灯浮标的优势比较

造价低廉、整体成型、质量轻便、维护简易是3D打印灯浮标相对于传统钢制灯浮标的主要优势，具体分析见表2.

5.实施步骤

首先，与3D打印厂家或科研机构进行项目合作，通过材料比选实验选择最优打印材料，在计算机辅助软件上根据灯浮标构造建立打印模型，3D打印机按照模型打印出小比例灯浮标，在模拟海况中进行试验，在获得基础数据的同时也培养出航标管理机构的专业3D打印技术人才；然后再进行等比例灯浮标的制造和真实环境试验，测试其在高温、高盐、高湿环境下的适应能力，进一步改进完善直至实际可用，申请专利技术保护；最后建设生产车间量化生产，按计划逐步取代传统灯浮标，并在各个海区推广。

6.结语

随着科技的发展，航标这一古老而又重要的水上公益设施，也在不断的进行着技术革新，本文对3D打印技术应用于航标领域的设想变成事实之前，还有很多细节问题有待解决并通过实践来检验，这个不断试验和检验的过程，需要各级航标管理机构的关注和投入才有可能实现。如本文所述，这一成果一旦得以实现，将改变整个灯浮标作业维护流程，继而为航海保障事业发展注入新的动力。