引言
福特汽车公司的影响力正在从公路延伸至海洋。2026年5月，福特的先进工业技术与平台团队（Advanced Industrial Technology & Platforms）公布了一项令人瞩目的成果——利用粘合剂喷射3D打印（Binder Jetting）技术，为知名的船用螺旋桨制造商Sharrow Marine制造了高性能船用螺旋桨。传统铸造工艺需要130天才能交付的复杂部件，如今仅需两周即可完成从设计到制造的完整流程。这一案例不仅展示了粘合剂喷射技术在大型复杂金属部件制造中的工业化能力，也再次证明了汽车制造业的工程能力和供应链管理经验可以跨界赋能海洋装备制造。
粘合剂喷射3D打印的技术优势
粘合剂喷射（Binder Jetting，简称BJ）3D打印技术的工作原理与传统FDM或SLM工艺有本质不同。BJ工艺首先在粉末床上通过喷墨打印头选择性地喷射粘合剂，将金属粉末粘合形成部件截面层，然后通过逐层堆叠构建完整的生坯。生坯经过去粉处理后，进入烧结炉进行高温致密化处理，粘合剂被烧除，金属粉末颗粒熔合为致密的金属部件。相比常见的激光粉末床熔融（LPBF）工艺，BJ技术具有三大独到优势：其一，打印过程无需支撑结构，因为部件被松散粉末包围支撑，这使得BJ技术非常适合制造具有复杂内部随形冷却流道和蜂窝减重结构的螺旋桨；其二，BJ工艺的打印头可以同时喷射多种材料，为未来的双金属或多梯度材料螺旋桨研发奠定了基础；其三，BJ工艺的单批产能极高，打印平台可以同时排列多个螺旋桨生坯，大幅提升批量生产效率。福特采用的不锈钢316L粉末在烧结后达到了99.5%以上的相对密度，其力学性能与锻造部件相当。
Sharrow Marine螺旋桨的设计独特性与制造挑战
Sharrow Marine的螺旋桨以其独特的环形设计闻名于世。与传统螺旋桨的叶片从轮毂直接伸出不同，Sharrow螺旋桨的每个叶片末端通过一个环形圈相互连接，形成了封闭的环状结构。这一创新设计大幅减少了叶尖涡流，使螺旋桨的效率提升约15%~30%，同时显著降低了水下噪音和振动。然而，这种环状结构恰恰对传统制造工艺构成了巨大挑战：整铸成型时，环形结构使得铸造模具极为复杂且难以保证内部质量；机加工成型时，环形内部区域的刀具路径可达性极差。福特团队评估后认为，粘合剂喷射3D打印是制造Sharrow螺旋桨的"天作之合"。BJ工艺无需考虑刀具可达性和模具脱模角度，环形结构和复杂曲面在打印中与简单形状一样容易实现。更重要的是，福特团队通过拓扑优化软件对螺旋桨的壁厚分布进行了重新设计，在应力集中区域适当加厚，在低应力区域减薄以减轻重量，最终成品比传统铸造件减重了约20%。
从130天到14天的全流程再造
福特团队对整个制造流程进行了系统性再造，将交付周期从130天压缩到14天。第一阶段（第1~3天），Sharrow Marine提供螺旋桨的三维CAD模型，福特团队通过有限元分析（FEA）和计算流体动力学（CFD）对设计进行验证和拓扑优化。第二阶段（第4~7天），优化后的模型导入粘合剂喷射打印机进行生坯制造，多个螺旋桨在同一个打印批次中并行生产。第三阶段（第8~12天），生坯经过缓慢升温的脱脂和烧结循环，粘合剂被去除，金属颗粒完成致密化。第四阶段（第13~14天），烧结后的螺旋桨进行精加工、动平衡测试和质量检验。整个流程的设计亮点在于福特将汽车行业成熟的精益制造和并行工程理念引入了增材制造流程——各阶段之间无缝衔接，工序等待时间被压缩到最低。福特还通过生产过程中的过程控制参数（烧结炉温度曲线、气氛控制、收缩率补偿等）建立了工艺知识库，确保每批次的螺旋桨品质一致。
对船舶制造业与汽车行业跨界赋能的启示
福特与Sharrow Marine的合作提供了制造业跨界赋能的一个经典范本。对于船舶制造业而言，这是一个技术跃迁的信号——传统船舶零部件制造高度依赖铸造和锻造工艺，供应链长、定制化程度低。粘合剂喷射3D打印技术的成熟为船舶行业提供了"小批量、多品种、快速交付"的全新制造模式。对于整个制造业而言，福特的案例展示了传统制造巨头如何将自身数十年的工程化能力与新兴3D打印技术融合——福特没有仅仅买几台打印机来"尝试3D打印"，而是将其汽车供应链管理、精益生产体系和工艺控制知识系统性地应用到增材制造中，这才实现了130天到14天的跨越式突破。这一经验值得所有正在推进增材制造工业化的企业深入借鉴——技术本身不是瓶颈，系统性的工程整合能力才是将3D打印从"能做"推向"能产业化"的关键杠杆。
总结
福特利用粘合剂喷射3D打印为Sharrow Marine制造高性能船用螺旋桨，以14天交付取代传统130天铸造周期，彰显了增材制造在复杂金属零件批量化生产中的工业化实力。这一案例也为跨行业增材制造技术输出提供了值得深入学习的实操范本。
文章来源：3DPrint.com