淺析3D打印技術在燈浮標制造方面的前景應用

王雄杰+周炳泉

摘 要：在現有超高分子量聚乙烯燈浮標的基礎上，利用3D打印技術，制造出整體成型、造價低廉、質量輕便的ABS塑料燈浮標，達到降本增效、節能環保、維護簡單的目標。

關鍵詞：3D打印 燈浮標 技術可行性 使用維護 優勢比較 實施步驟

1.引言

3D打印技術自2010年發展至今，技術已日趨成熟，目前已成功應用于小至一件服裝、大到一幢房子、精密如一輛汽車等各個工業生產領域，那么這一技術是否能夠應用到制造工藝并不算復雜的燈浮標制造，應該是值得我們航標管理機構探討的一個問題。

2.3D打印燈浮標的技術可行性

3D打印技術主要是熱熔融，原理較為簡單，利用塑料熔點低的特性（200℃左右），將塑料加熱至熔點，計算機根據3D模型進行自動切片，操作打印機逐層打印，是一種加法制造技術。目前我國燈浮標的材料技術已經發展到超高分子量聚乙烯材料，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種線型結構的具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料，3D打印的主要應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打印技術在材料方面符合燈浮標要求。燈浮標結構構造和工藝要求相對已有的一些3D打印產品并不算復雜，有現成的產品技術可以借鑒，只需找專業廠家做一臺大型的龍門結構打印機，根據傳統浮標結構建立計算機模型進行試驗使用，不斷完善后就可以量化生產，最終把燈浮標做成低成本的易耗品，一次性使用無需養護，改變整個燈浮標作業維護流程。

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

綜合比選，目前技術下可選用ABS樹脂作為3D打印燈浮標的原材料，最能符合燈浮標的性能要求和使用環境，且造價較為經濟合理，當然也不排除其它更理想的材料可以選用，需要材料學相關專家進行多種材料實驗對比擇優選取。

3.3D打印燈浮標的使用維護設想

3D打印燈浮標的浮鼓、燈架、望板一次打印成型，蓄電池和電控線路打印在標體內，在打印過程中使用多重材料技術能夠同時進行彩色和混色打印，表面不需要涂漆，頂部預留螺栓孔，投放浮標前只需要安裝太陽能板與航標燈器即可。蓄電池的充放電壽命大概是500次（天）即連續使用16.67個月，3D打印燈浮標在電池壽命期結束后即進行吊換，舊標在剝離出蓄電池和電路后可再次溶解循環打印或直接報廢處理，省去傳統燈浮標因標身褪色、望板變形等原因造成的維護保養環節。但由于3D打印燈浮標質量很輕，在浪涌較大的水域會搖擺十分厲害，當航標燈器或太陽能板發生故障需要檢修時，必需使用帶夾持裝置的航標船夾住后，航標維護人員才能站上去對其進行檢修。

4.3D打印燈浮標與傳統燈浮標的優勢比較

造價低廉、整體成型、質量輕便、維護簡易是3D打印燈浮標相對于傳統鋼制燈浮標的主要優勢，具體分析見表2.

5.實施步驟

首先，與3D打印廠家或科研機構進行項目合作，通過材料比選實驗選擇最優打印材料，在計算機輔助軟件上根據燈浮標構造建立打印模型，3D打印機按照模型打印出小比例燈浮標，在模擬海況中進行試驗，在獲得基礎數據的同時也培養出航標管理機構的專業3D打印技術人才；然后再進行等比例燈浮標的制造和真實環境試驗，測試其在高溫、高鹽、高濕環境下的適應能力，進一步改進完善直至實際可用，申請專利技術保護；最后建設生產車間量化生產，按計劃逐步取代傳統燈浮標，并在各個海區推廣。

6.結語

隨著科技的發展，航標這一古老而又重要的水上公益設施，也在不斷的進行著技術革新，本文對3D打印技術應用于航標領域的設想變成事實之前，還有很多細節問題有待解決并通過實踐來檢驗，這個不斷試驗和檢驗的過程，需要各級航標管理機構的關注和投入才有可能實現。如本文所述，這一成果一旦得以實現，將改變整個燈浮標作業維護流程，繼而為航海保障事業發展注入新的動力。