CompositesWorld杂志发布了新一年复合材料行业的市场分析与展望——《2020复合材料行业市场纵览》，本文移自其船舶及海洋篇。

美国国家船舶制造商协会（美国伊利诺伊州芝加哥市，NMMA）在2019年报告称，2018年新动力艇的单位销量增长了4％，达到280,000辆，创下自2007年以来美国休闲游艇业的最高记录。NMMA预测2019年将增长3-4％，并指出船舶制造商已将重点放在新产品上，尤其是在钓鱼，水上运动和浮筒船上。 NMMA 2018年的主要趋势包括：

• Wakesport是2018年休闲游艇行业增长率最高的企业（9-11%），共计10000艘游艇。

• 浮筒船增长了4-6%，达到58000艘，其多功能性可用于钓鱼，巡航至水上运动。

• 私人游艇继续保持强劲，入门级价格上涨6-8％至68,000台。

欣克利游艇公司旗下的Dasher游艇具有碳纤维/环氧树脂结构和电力推进功能。来源| Hinckley

以舷外发动机（相较于舷内柴油发动机）为动力来大量生产船只的趋势仍在持续，碳纤维（CF），环氧树脂和3D打印方面的应用也在不断增加。统计调查公司（Statistical Surveys Inc.）销售总监瑞安?克洛普（Ryan Kloppe）在《船舶行业》（Boating Industry）2019年1月的预测报告中表示，该公司正在将16至40英尺的船舶报告类别扩大至45英尺。“人们正在建造更大的船只，”他说，并提到越来越多的大型船只使用舷外动力来捕鱼和巡航。

举几个舷外动力船的例子-超过40英尺长，每艘船上至少有3或4台发动机固定在横梁上-包括Scout Boats’（美国南卡罗来纳州，萨默维尔）的530 LXF（53英尺），HCBYachts（美国田纳西州，Vonore）53英尺的Sue?os和65英尺的Estrella中控台，以及Midnight Express'（美国佛罗里达州，迈阿密）60英尺的Pied-A-Mer。选择舷外机是因为它们重量轻，并且减少了对船体内部系统和空间的要求。与汽车一样，船上的空间也非常宝贵。

每艘船舷外板的尺寸和数量不断增加，使得复合材料船体和甲板需要在不牺牲性能的前提下减轻重量。后者（复材甲板）不仅意味着需要有在水中的长期耐用性，还意味着更高的速度和对波浪冲击载荷的抵抗力，以及深色涂料下的耐热性，这些性能仍然继续被广泛采用。碳纤维和环氧树脂提供了一种特别有效的组合，事实上，在Scout的530LXF和420 LXF型号上，都是通过树脂灌注制造的。HCB公司的Estrella也是使用碳纤维。欣克利游艇公司（美国缅因州，西南港镇）是著名的豪华生产商和长期从事树脂灌注工艺的熟手，已经开始将其所有的航行及动力模型改为环氧树脂，而其40英尺的SportBoat船型和Dasher全电动游艇则采用CF/环氧树脂结构。不过，请注意，这些品牌代表的是高端市场。在市场中间价位的船舶通常使用玻璃纤维和乙烯基酯树脂，尽管树脂灌注工艺已经变得更加普遍。聚酯树脂仍然用于最低价位的船只。碳纤维正逐渐渗入到中等价位的船只中，被用于封盖船体纵梁和硬顶等配件，船主（制造商）也愿意为这种更高价位的选择买单。

然而，正如俄亥俄州一位受访者在接受《Boating Industry》调查时所说，价格，仍是一个问题：“船舶行业对产品的定价对中产阶级的游艇爱好者来说是遥不可及的。那种买了“初代船”并顺应造船厂和船舶发动机厂家价格升高的企业已经被市场淘汰了。我们需要以[合理价格]的船舶产品瞄准年轻人群。”

电气化可能是吸引年轻市场的一种潮流。“随着诸如特斯拉（Tesla）和普锐斯（Prius）之类的混合动力天然气/电动汽车的普及，并成为主流消费者更为实用的选择，诸多船舶制造商也纷纷效仿，” Boattrader.com上的2019年购买者指南如是说道。尽管电动船早已被誉为“船舶业的未来”，并且实际上是1930年代之前摩托艇的标准，但它们进入当今市场的步伐却很缓慢。但是，由于汽车行业的不断发展，电池和混合动力技术的成本不断下降，因此把电气化引入了帆船和小型巡游动力船，以消除矿物燃料的油箱，烟雾和环境影响。如包括欣克利（Hinckley）的Dasher，SoelYachts（荷兰代尔夫特）的12米长、可容纳16人的Soel Cat 12，Frauscher（奥地利格蒙登）7.47米长的740Mirage Air中央控制台，Q Yachts（芬兰）的Q30游艇和Secret33水上的士，ElectraCraft（美国加利福尼亚州，西湖村）的电动浮筒船和Greenline Yachts（斯洛文尼亚Begunje）全长10至21米的电动和混合动力船型系列。随着可靠的续航里程和速度的确立，预计这一趋势将获得更大的发展势头（请注意2019年7月创下的88.6英里/小时的新电动船速度记录）。大多数码头已经建有可充电的电源。

再次验证这一点的一个项目是由SeaBubbles（法国巴黎）开发的全复合水翼艇，并得到了复合材料制造商DécisionSA（瑞士Ecublens）和Sicomin Epoxy Systems（法国Chateauneuf les Martigues）的支持。这种针对全球城市水路的环保出租车运输解决方案基于水翼设计，当水上的士超过每小时12公里的速度时，该解决方案可使该船静静地在水面上滑行，从而将阻力降低30-40％。清洁充电的电力驱动系统可转换太阳能，风能和水能，因此船舶不会产生任何二氧化碳排放。SeaBubbles于2019年9月开始在巴黎塞纳河上对这艘船进行测试; 如果一切顺利，可能会在2020年在巴黎开始商业服务。这项技术的制造商希望将SeaBubbles传播到全球50多个水路丰富的城市。

另一个趋势是3D打印在海洋市场中的应用越来越多。高端游艇已经在使用3D打印部件。例如，欣克利（Hinckley）的Dashe电动艇具有一个时尚的控制台，该控制台由六个嵌套互锁的部分组成，并与缅因大学的高级结构与复合材料中心（UMaine，美国缅因州奥罗诺，奥马尼恩）合作进行3D打印。根据欣克利工程总监斯科特·布莱恩特（Scott Bryant）所说，由于树脂的收缩特性，使用传统的模制玻璃纤维增强塑料（FRP）很难生产出具有紧密公差的零件。如今，UMaine复合材料中心拥有世界上最大的聚合物3D原型打印机，最大的3D实体和最大的3D打印船。3D打印机名为MasterPrint，由Ingersoll Machine Tools（美国伊利诺伊州，罗克福德）与橡树岭国家实验室（美国田纳西州，橡树岭）合作生产，可以打印长100英尺×宽22英尺×高10英尺的物体，每小时可沉积500磅材料。 UMaine一直致力于这艘最大的3D打印船3Dirigo的研发，3Dirigo长25英尺，重5,000磅，并在带有波浪盆的海上模型测试设施Alfond W2海洋工程实验室中进行了测试。

UMaine复合材料中心的3Dirigo是一艘25英尺，重5,000磅的3D打印复合材料船。来源| UMaine

世界上第一艘3D打印船是一艘长6.5米、宽3米的Mini 650帆船，由Livrea Yachts（意大利巴勒莫）设计，由姐妹公司Ocore与Autodesk（美国加利福尼亚州，圣拉斐尔）、Lehvoss Group（德国汉堡）和Kuka Robotics（德国奥格斯堡）合作建造。Ocore是通过安装在2.5米高的库卡（Kuka）机器人上的挤压头使用熔融沉积建模（FDM）。挤压头熔化25%短切碳纤维增强聚酰胺（PA或尼龙）混合颗粒，并形成0.6毫米厚的沉积层，以制造船体、舵和其他部件。船体是用被称为isogrids的工艺打印出来的，类似于航空航天的蒙皮纵梁设计，两个CFRP蒙皮之间有CFRP波纹。Isogrid用结构粘合剂进行连接，并覆盖碳纤维织物的外壳。据称其优点在于包括只需几天的时间就能制造一个船体，使团队能够打印不同的船体，分析速度预测和确定最佳形状。

尽管3D打印应用在船舶结构上的技术才刚起步，但3D打印模具的发展势头仍在继续。已完成的项目包括Marine Concepts（美国佛罗里达州，开普科勒尔）的船体模型和Xplora Yachts（美国华盛顿州，柯克兰）的10.4米长船体建筑模具。MarineConcepts的模型是与Thermwood Corp.（美国印第安纳州，戴尔）和定制复合物制造商Techmer PM（美国田纳西州，克林顿）合作进行的概念验证项目。使用Thermwood专利的大规模增材制造（LSAM）系统，在大约30小时内，将3D打印的模型打印得稍大一些，然后将其修整到最终尺寸和形状。3D打印的材料是Techmer的专利产品Electra l ABS LT1 3DP。最终分为六个部分印刷，四个主要的中心部分壁厚约38毫米，并有坚固的3D打印横梁和船首。该模型将使用Lord Corp.（美国北卡罗来纳州，卡里）的多组分氨基甲酸酯粘合剂将各部分固定并粘合在一起。然后，在大约50小时内，将组装好的模型作为一个整体在同一个Thermwood系统上加工。据报道，整个打印，组装和修整的过程仅需要不到10个工作日。该模型随后被一个全功能生产船体模具与传统玻璃钢（FRP）的成型工艺引用。

与美国橡树岭国家实验室（ORNL，美国田纳西州橡树岭）合作的Xplora游艇船体建造模具自始至终采用的都是3D打印，该模具使用的是辛辛那提公司（美国俄亥俄州，Harrison）生产的大面积增材制造（BAAM）机器。尽管可以在12小时内同时打印三个模具组件，但模具的全部12个组件已经在五天内进行了打印，使用的是来自Techmer PM公司的2495千克20％短切碳纤维/ ABS Electrafil J-1200，每公斤11美元。材料总成本为27,500美元。这三个组件是用额外的3.8毫米的材料打印的，然后将其加工成光滑的表面。杆的横截面和长度都是通过Ashland（美国俄亥俄州都柏林）的Pliogrip Plastic Repair 10环氧树脂在接缝处进行组装的。环氧粘合剂专为ABS设计，固化时间为60分钟，可在组装过程中进行调整校正。可以在3小时内完成组装，24小时内固化。使用了Faro（美国佛罗里达州，玛丽湖）的激光跟踪系统将模具表面与原始CAD数据进行比较，结果显示平均偏差小于1.27毫米。在打磨并涂层和脱模后，该模具用于树脂注入E原型-玻璃纤维和凯夫拉泡沫芯船体。

但是，未来也许可以使用热固性复合材料来打印模具，使用由Magnum Venus Products（MVP，美国田纳西州诺克斯维尔市）与Polynt composites（美国伊利诺伊州，卡彭特斯维尔）及ORNL合作开发的新型反应性添加剂制造（RAM）机器。作为世界上第一个大型热固性复合添加剂制造系统，RAM于2019年9月发布，使用Polynt反应沉积PRD-1520打印材料在8英尺乘16英尺乘3.5英尺的封装中打印，该打印材料可在室温下固化而无需紫外线照射激活。这项技术的目标是提供更低成本的固定装置、热成型工具和热压罐模具，以及需要热固性聚合物提供更高热性能的更广泛应用。

MVP的RAM系统。来源| Magnum Venus Products

RAM系统包括大型打印平台和落地式MVP泵送系统，只有打印头安装在计算机控制的机架上。泵送系统将短玻璃纤维增强的乙烯基酯树脂和过氧化物引发剂准确地测量并计量到打印头的静态混合器中。然后，如大多数熔融沉积建模（FDM）系统一样，将混合树脂通过喷嘴挤出。使用的是直径为1.2毫米的喷嘴，打印速度约为1.2m / s。据报道，RAM可以实现FDM程度的功能，同时仍然可以提供接近7公斤/小时（15磅/小时）的高输出量。

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