在傳統船舶和游艇建造方法難以轉換使用可持續材料的地方，3D打印船似乎能輕松實現這一點。回收塑料的供應非常充足，而增材制造是能夠有效利用這些二次使用材料的技術之一。第一批由打印機制造的機動船和帆船已經下水。該技術已得到驗證，并且正在擴大規模（結尾有打印視頻）。

用“Ctrl-P”（打印快捷鍵）作為船名可能看起來很奇怪，但這個名字是為了致敬一支不斷壯大的船隊的起源。首批完成并已下水航行的、由回收材料制成且自身也可回收的3D打印船之一，是萊昂·沃克（Leon Wokke）和德克·帕斯（Derk Pas）構思的D3aak船。沃克的靈感來自荷蘭同胞博揚·斯拉特(Boyan Slat)的活動，斯拉特是一位年輕的學生，他將清理太平洋大垃圾帶中堆積的塑料垃圾和其他污染物的想法變成了現實。

通過他的組織“海洋清理”(The Ocean Cleanup)，斯拉特正在收集成噸成噸的塑料。沃克認為這些塑料可以再利用，增材制造似乎是利用回收塑料的一項非常可行的技術。于是與3D打印專家HB3D合作，設計了他們的D3aak船——一艘模仿荷蘭傳統小型駁船樣式的小艇，并于2022年推出了他們的第一艘完全可操作的船只。

萊昂·沃克（Leon Wokke）

5D打印

沃克回憶道：“船體中的曲線，對于傳統荷蘭駁船來說很典型，但在打印第一個船體時給我們帶來了大問題，”“3D打印機可以打印曲線，但這種方式會使曲線結構比直線部分更脆弱。為了能制造出足夠堅固、并將重量集中在理想位置的船體，需要開發一種全新的增材制造方法。” HB3D的工程師們與沃克一樣熱衷于實驗，他們決定看看這個問題能否解決。

他們共同提出了他們稱之為“5D打印”的技術。在該技術中，不僅負責將打印噴頭移動到所需添加材料位置的機械臂在移動，而且承載著正在制作的產品的工作臺也會移動，以使一層材料與另一層材料之間的焊接位置達到最佳，從而最大程度地增強結構強度。其成果是一艘自2022年起即可投入生產的5.2米長、2.1米寬的小艇。裸船體的排水量僅為350公斤。建造者指出，任何尺寸都可以輕松調整，因為3D打印允許無限定制。打印機一次打印一艘船，每次打印時都可以更改設計。

HDPRO材料

更大、更成熟的船廠也擁抱增材制造。荷蘭達門（Damen）集團——一個在全球擁有約18家船廠的集團——正與荷蘭公司CEAD合作，使用3D打印技術建造工作艇和軍用巡邏艇。通過與大學和研究機構的合作，開發出一種名為HDPRO的新材料。這是一種可打印的高強度、耐用材料，類似于高密度聚乙烯（HDPE）。HDPRO與HDPE一樣，具有很高的抗沖擊性。船體的打印過程能形成光滑的表面。憑借目前的材料開發和打印技術，CEAD可以打印長達12米的船只。CEAD是一家3D打印公司，其關注范圍不僅限于造船。其MAC（海事應用中心）內的研發工作正是與達門和MARIN（荷蘭海事研究所）合作進行的。

達門和CEAD聯手開發3D打印HDPE工作船

CFM工藝

意大利公司MOI composites早在2020年就推出了玻璃纖維增材制造技術，在熱那亞游艇展上推出了MAMBO——第一艘完全3D打印的游艇。這種工藝稱為連續纖維制造（CFM）。在這種生產方法中，不間斷的玻璃纖維絲被浸漬熱固性樹脂。其結果非常類似于真空灌注工藝中注入樹脂的編織玻璃纖維氈，但在這種情況下不需要模具。玻璃纖維在3D打印機的噴嘴處被注入樹脂，該噴嘴將浸漬纖維的線束精確地鋪設在正在構建的船體的正確位置。樹脂與之前注入樹脂的玻璃纖維線束粘合，從而形成纖維增強的船體。

MAMBO——第一艘完全3D打印的游艇

經驗教訓

增材制造極大地改變了生產方式。建造勞動力不再由人力承擔，而是由機器人執行。打印臂（通常是汽車制造業中使用的多軸機械臂）由軟件控制，該軟件將設計好的船體形狀（包括船體、結構支撐、發動機和儀器基座以及家具）轉化為打印噴嘴的運動，精確地一層一層添加熱塑性材料，并與前一層粘合。在經歷了最初幾年的船只增材制造后，我們學到了哪些經驗教訓？

3D打印船的優勢包括：

一次成型完整性：如果設計巧妙，整艘船，包括安裝空間、家具和浮力裝置，都可以一次性打印出來。不過，所有活動部件仍需在其他地方制造并安裝到船體上。

設計靈活：由于3D打印機是逐個進行生產，且無需模具，每艘船都可以與前一艘不同。這會產生針對所需更改的設計成本，但不會產生額外的生產成本。

生產速度快：一艘完整的船（未安裝設備）可以在幾天內生產出來，而傳統的造船方法則需要數月時間。

降低成本：沒有廢料，所用材料全部包含在船體中。生產中涉及的人力勞動顯著減少。

減少浪費：打印過程后幾乎沒有廢料。

可回收性：使用回收材料進行3D打印是完全可行的。由于材料始終是熱塑性樹脂，在大多數情況下，生產過程可以逆轉，以便在船只使用壽命結束后進行回收。

不足之處：

強度：熱塑性塑料由可熔接的長鏈構成，其強度無法與鋼鐵或鋁等金屬相媲美。

降解：熱塑性塑料暴露在紫外線輻射下可能迅速降解。需要進行表面處理（涂裝）。這終究會增加人工成本。

尺寸限制：要打印大型結構，需要非常龐大、昂貴且復雜的機器。這需要巨額投資。然而，不過，定制生產更容易且無需制作模具這一事實可能會彌補投資成本。

表面處理： 打印機的產品表面通常呈波紋狀。

上述造船商的動機各不相同。D3aak的創始人希望建造一艘真正可持續的船，并借助增材制造取得了成功。生產后不留廢料這一事實，使得這種建造方法更加環保，即使選用的是原生樹脂。其他生產商則更側重于3D打印所能實現的極高程度的定制可能性。另一個好處是將勞動力從車間轉移到了設計工作室。增材制造可能被證明是一項推動技術，能夠維持船只和游艇船體在高工資國家的生產，阻止將粗加工放在低工資國家進行，從而實現在客戶所在地組裝船只的趨勢。