導(dǎo)語

當(dāng)傳統(tǒng)造船業(yè)還在依賴手工鋪層和模具制造時(shí)，意大利3D打印公司Caracol已經(jīng)用160小時(shí)連續(xù)打印出了一艘功能完備的雙體船，并成功獲得了商業(yè)訂單。
這艘由機(jī)器人7軸臂打造的船只實(shí)現(xiàn)了99%整體成型，不僅將生產(chǎn)周期縮短70%，還采用回收材料大幅降低環(huán)境影響。
從概念驗(yàn)證到市場接單，船舶制造更快速、更環(huán)保、更個(gè)性化的定制化生產(chǎn)時(shí)代已經(jīng)到來。
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編譯說明

本文主要內(nèi)容均來自于原文標(biāo)題為《"Robotic 3D printing can compete with traditional boatbuilding"》，作者為意大利Caracol公司的Simone Barbera（按需制造總監(jiān)兼業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理）和Mattia De Santis（全球應(yīng)用工程總監(jiān)）的AM易道編譯。圖片來自于同文章以及Caracol。本文信息量較大，AM易道推薦相關(guān)從業(yè)讀者仔細(xì)閱讀。

正文開始

V2 Group和Caracol AM合作創(chuàng)造了第一艘大幅面3D打印整體式雙體船。

這艘功能性船只體現(xiàn)了一種工業(yè)雄心，即通過機(jī)器人增材制造使造船業(yè)更加敏捷、可持續(xù)和可定制化。

Caracol的Simone Barbera（按需制造總監(jiān)兼業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理）和Mattia De Santis（全球應(yīng)用工程總監(jiān)）為我們揭示了這個(gè)項(xiàng)目的幕后故事。

V2雙體船在意大利米蘭附近Barlassina的Caracol生產(chǎn)中心和總部進(jìn)行打印，使用了Heron AM 400—Caracol的機(jī)器人大幅面增材制造（LFAM）平臺(tái)。

該系統(tǒng)專門配置了安裝在導(dǎo)軌上的7軸機(jī)器人臂，能夠打印長度達(dá)10米的零件。

V2 Group 和 Caracol 之間的合作是如何產(chǎn)生的？

Simone Barbera: V2 Group 和 Caracol 之間的合作源于通過可持續(xù)創(chuàng)新革命化船舶制造的共同愿景。

V2 Group是一家專門從事航海設(shè)計(jì)和工程的西班牙公司，致力于開發(fā)可持續(xù)制造的電動(dòng)船只。

另一方面，Caracol作為機(jī)器人先進(jìn)制造技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，在海洋領(lǐng)域的大幅面增材制造方面擁有多年經(jīng)驗(yàn)。兩家公司可以合作將他們的概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

這種合作伙伴關(guān)系自然地圍繞彼此的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)：V2在海洋設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)和Caracol的開創(chuàng)性機(jī)器人制造技術(shù)。我們共同致力于開發(fā)可擴(kuò)展的工業(yè)化船舶生產(chǎn)方法，重點(diǎn)關(guān)注可持續(xù)性、效率和定制化。

兩家公司通常生產(chǎn)什么類型的產(chǎn)品？

Simone Barbera: V2 Group致力于使用3D打印技術(shù)制造組件和船只。

作為一家初創(chuàng)公司，目前正在進(jìn)行融資輪次，以籌集資金使其業(yè)務(wù)規(guī)模化到下一個(gè)級(jí)別。

Caracol專門從事機(jī)器人先進(jìn)制造技術(shù)，特別是其大幅面增材制造平臺(tái)—用于復(fù)合材料顆粒擠出的Heron AM和用于金屬絲沉積的Vipra AM。

這些平臺(tái)的應(yīng)用跨越海洋以外的多個(gè)行業(yè)，如航空航天、汽車、鐵路以及建筑或建筑業(yè)。

值得注意的是，在海洋領(lǐng)域，Caracol之前與豪華游艇制造商如法拉帝集團(tuán)或San Giorgio Marine合作生產(chǎn)成品零件，并開發(fā)了Beluga：世界上第一艘整體式3D打印帆船。

這個(gè)項(xiàng)目的想法是如何產(chǎn)生的？這是一個(gè)訂單嗎？

Simone Barbera:這個(gè)概念是設(shè)計(jì)一艘超舒適的美式浮橋船，從第一個(gè)數(shù)字原型開始，最終制造出一艘適合開放水域的功能性船只，完全利用增材制造技術(shù)在不間斷的160小時(shí)打印周期中制造。

該項(xiàng)目既是可擴(kuò)展生產(chǎn)的概念驗(yàn)證，也是機(jī)器人3D打印在成本、效率和可持續(xù)性方面能夠與傳統(tǒng)造船業(yè)競爭的演示。

兩家公司之間是如何分工的？

Simone Barbera: V2 Group領(lǐng)導(dǎo)項(xiàng)目的初始階段，監(jiān)督概念開發(fā)、船舶建筑和整體設(shè)計(jì)定義。

對(duì)于第一個(gè)原型，他們還提供了結(jié)構(gòu)載荷場景，作為進(jìn)一步工程工作的基礎(chǔ)。

然后Caracol接管了大規(guī)模增材制造的設(shè)計(jì)工程。

這包括調(diào)整幾何形狀以適應(yīng)3D打印約束，修改設(shè)計(jì)以整合結(jié)構(gòu)和功能特征，以及進(jìn)行結(jié)構(gòu)和有限元（FE）分析以驗(yàn)證其機(jī)械完整性。

與此同時(shí)，Caracol在其專有切片軟件中開發(fā)了專用功能，以實(shí)現(xiàn)高效的路徑規(guī)劃和工藝優(yōu)化。

在進(jìn)入最終生產(chǎn)之前，進(jìn)行了數(shù)字仿真和打印測(cè)試以完善參數(shù)。

Caracol還管理了完整的打印過程和零件后處理。

這是一種機(jī)器人化3D打印技術(shù)。設(shè)備使用了什么自動(dòng)化技術(shù)？

Mattia De Santis: Heron AM系統(tǒng)利用高度自動(dòng)化的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)器人3D打印。

在其核心，該系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)7軸機(jī)器人臂—通常來自庫卡，盡管它與其他擬人化機(jī)器人臂兼容—安裝在電動(dòng)導(dǎo)軌上以擴(kuò)展其工作區(qū)域。

將這種機(jī)器人設(shè)置轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄?D打印機(jī)的是Caracol的專有自動(dòng)化技術(shù)，包括定制開發(fā)的擠出系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制算法和機(jī)器人協(xié)調(diào)軟件。

這個(gè)自動(dòng)化堆棧管理增材制造過程的關(guān)鍵階段，包括運(yùn)動(dòng)排序、擠出同步和沉積路徑執(zhí)行—將通用機(jī)器人臂轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆刹僮鞯?D打印系統(tǒng)。

對(duì)于這個(gè)特定項(xiàng)目，開發(fā)了額外的自動(dòng)化功能來處理船只的獨(dú)特幾何形狀和規(guī)模。

這些包括優(yōu)化的路徑規(guī)劃例程和動(dòng)態(tài)可調(diào)的打印參數(shù)，使系統(tǒng)能夠在整個(gè)構(gòu)建過程中保持精度、穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)一致性。

這種高水平的自動(dòng)化確保整個(gè)沉積過程是可重復(fù)的、高效的，并且適合制造大型復(fù)雜零件，最少人工干預(yù)。

使用了什么材料？

Mattia De Santis:該項(xiàng)目使用的材料是玻璃纖維增強(qiáng)的回收聚丙烯（rPP+GF）。

選擇它是因?yàn)槠湓跈C(jī)械性能、成本效益和海洋環(huán)境耐久性之間的最佳平衡。

從可持續(xù)性角度來看，該材料提供了明顯的優(yōu)勢(shì)：作為回收材料，它減少了通常與原生塑料生產(chǎn)相關(guān)的環(huán)境影響，并且在使用壽命結(jié)束時(shí)本身是可回收的。

這與項(xiàng)目通過增材制造最小化浪費(fèi)和促進(jìn)造船業(yè)循環(huán)性的更廣泛目標(biāo)一致。

這艘船的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。從設(shè)計(jì)到材料、生產(chǎn)和后處理，采用了哪些創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)？

Mattia De Santis: 為了實(shí)現(xiàn)AM雙體船的工業(yè)化，在項(xiàng)目的所有階段都實(shí)施了幾項(xiàng)針對(duì)性創(chuàng)新：

設(shè)計(jì)：

船只采用增材制造設(shè)計(jì)（DfAM）方法開發(fā)，旨在減少組件數(shù)量并實(shí)現(xiàn)整體式構(gòu)造。

船體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在單個(gè)零件中打印（占船只的99%），消除了對(duì)模具或裝配密集型工藝的需求。

材料：

使用玻璃纖維增強(qiáng)的回收聚丙烯（rPP+GF）是一個(gè)戰(zhàn)略選擇。

這種材料在機(jī)械性能和成本效益之間提供了良好的平衡，同時(shí)支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。其可回收性和工業(yè)規(guī)模的可獲得性使其適合重復(fù)生產(chǎn)。

生產(chǎn)過程：

Caracol利用其Heron AM平臺(tái)，集成了導(dǎo)軌上的機(jī)器人臂和為大幅面打印量身定制的高通量擠出系統(tǒng)。

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，開發(fā)了定制自動(dòng)化功能來處理船只的復(fù)雜幾何形狀和規(guī)模—優(yōu)化路徑規(guī)劃和打印參數(shù)以確保可重復(fù)性和結(jié)構(gòu)一致性。

后處理：

對(duì)材料進(jìn)行了資質(zhì)認(rèn)證過程，以確保與海洋后處理技術(shù)（如凝膠涂層）的兼容性。這確保打印零件符合美學(xué)和保護(hù)要求，類似于傳統(tǒng)造船標(biāo)準(zhǔn)。

工作流程簡化：

通過消除傳統(tǒng)原型制作、模具制造和手工鋪層階段，團(tuán)隊(duì)顯著加速了生產(chǎn)時(shí)間線。

船只在僅160小時(shí)內(nèi)完全打印完成，展示了用最少勞動(dòng)力和縮短交付時(shí)間擴(kuò)大生產(chǎn)的可行路徑。

這些綜合創(chuàng)新不僅旨在驗(yàn)證增材制造在現(xiàn)實(shí)世界海洋應(yīng)用中的可行性，而且要建立一個(gè)適合小批量或定制生產(chǎn)運(yùn)行的可重復(fù)、可擴(kuò)展工作流程。

在某些階段是否涉及其他合作伙伴？

Simone Barbera: 在Caracol設(shè)施完成3D打印過程后，船體被送到第三方專家進(jìn)行CNC加工，以精修關(guān)鍵表面并確保尺寸精度。

凝膠涂層由具有海洋級(jí)飾面專業(yè)知識(shí)的外部合作伙伴應(yīng)用，而Caracol在內(nèi)部處理最終繪畫以保證美學(xué)一致性和質(zhì)量控制。

后處理完成后，成品船體交付給V2 Group，由他們管理系統(tǒng)安裝和船只的最終裝配，包括推進(jìn)裝置、電池系統(tǒng)和電氣組件的集成。

這種協(xié)作工作流程對(duì)于確保每個(gè)階段都符合工業(yè)化功能海洋產(chǎn)品所需的標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

在這種情況下，3D打印在哪些方面顯著減少了環(huán)境影響？

Mattia De Santis: 3D打印通過多個(gè)渠道顯著減少船舶制造中的環(huán)境影響。

增材工藝通過只使用所需材料來最小化材料浪費(fèi)，與減材方法不同。我們可以利用玻璃纖維增強(qiáng)的回收聚丙烯（rPP+GF）而不是原生復(fù)合材料。

該技術(shù)消除了對(duì)傳統(tǒng)模具和造船中典型的有毒層壓過程的需求。

組件整合減少了裝配要求和相關(guān)排放；數(shù)字制造將生產(chǎn)周期縮短約70%，節(jié)省能源和資源。

最后，生產(chǎn)的船只更輕，在操作過程中需要更少的能源。這些因素共同創(chuàng)造了一個(gè)顯著更可持續(xù)的制造生態(tài)系統(tǒng)。

你們已經(jīng)收到這類項(xiàng)目的訂單了嗎？

Simone Barbera: 在這個(gè)原型的成功演示之后，我們收到了來自海洋行業(yè)合作伙伴的大量興趣，他們希望開發(fā)類似的可持續(xù)船只解決方案。

也可能通過將增材制造與傳統(tǒng)方法相結(jié)合。

雖然這些項(xiàng)目的具體細(xì)節(jié)因仍處于初步階段而保持機(jī)密，但市場反應(yīng)證實(shí)了我們的信念，即這項(xiàng)技術(shù)代表著船舶制造的未來。

我們目前正在研發(fā)新的V2雙體船，同時(shí)其他定制項(xiàng)目目前正在規(guī)劃階段，利用從這個(gè)開創(chuàng)性原型中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來創(chuàng)造具有類似環(huán)境效益和生產(chǎn)效率的定制船只。

機(jī)器人化技術(shù)是否已應(yīng)用于其他市場（汽車、航空航天等）？

Simone Barbera 和 Mattia De Santis: 是的，Caracol的機(jī)器人增材制造技術(shù)已成功應(yīng)用于海洋應(yīng)用之外的各個(gè)行業(yè)，包括航空航天、汽車、鐵路和設(shè)計(jì)。

在航空航天領(lǐng)域，Caracol與D-Orbit和米蘭理工大學(xué)合作，使用電弧增材制造（WAAM）生產(chǎn)了一個(gè)加壓鋁罐。

這個(gè)罐體用于CubeSat載體航天器，展示了Caracol技術(shù)為要求苛刻的太空應(yīng)用創(chuàng)造復(fù)雜、高性能部件的能力。

在汽車行業(yè)，Caracol為幾個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目做出了貢獻(xiàn)。

與Duqueine合作，它開發(fā)了用于賽車制造中復(fù)合材料零件的大規(guī)模3D打印直接模具，大幅減少了交付時(shí)間和工具成本，同時(shí)保持精度和表面質(zhì)量。

此外，與Van Venrooy合作，Caracol為定制車輛生產(chǎn)最終使用部件，在Heron AM平臺(tái)上使用碳纖維增強(qiáng)ABS來提供功能性和美觀精致的零件。

在鐵領(lǐng)域，Caracol與阿爾斯通合作，將大幅面增材制造應(yīng)用于復(fù)雜、大規(guī)模部件的生產(chǎn)。

在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Caracol的技術(shù)在2025年米蘭設(shè)計(jì)周的"PORTAL"裝置中展示，與Decibel和Vizcom開發(fā)。該項(xiàng)目展示了機(jī)器人LFAM如何用于創(chuàng)造沉浸式、功能性設(shè)計(jì)作品，將先進(jìn)制造與可持續(xù)性和創(chuàng)造力相結(jié)合。

這些多樣化的案例研究強(qiáng)調(diào)了Caracol推動(dòng)工業(yè)制造創(chuàng)新的使命，利用機(jī)器人增材技術(shù)在各個(gè)行業(yè)提供可擴(kuò)展、可持續(xù)和高性能的解決方案。

AM易道結(jié)語

機(jī)器人增材制造技術(shù)正以前所未有的速度重塑著傳統(tǒng)制造業(yè)的版圖。

Caracol的跨行業(yè)成功應(yīng)用只是這場技術(shù)革命的冰山一角。

雙體船、太空級(jí)鋁制壓力罐、大型鐵路部件，創(chuàng)意家具，每一個(gè)案例都在告訴我們：

大幅面機(jī)器人3D打印已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)前線，從單一應(yīng)用擴(kuò)展到全行業(yè)滲透。

AM易道將持續(xù)關(guān)注并深度解析這些突破性應(yīng)用案例，為讀者呈現(xiàn)大尺寸增材制造技術(shù)在不同行業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐、商業(yè)模式和發(fā)展趨勢(shì)。

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