国际贸易从未像当下这般成本高企、竞争激烈，所有可能影响运输成本的因素都备受各方密切关注。由 Yair Tamir 和 Aviv Melman 创立的 Nakai Robotics 开发了一种高级机器人解决方案，可以降低大型航运公司（如马士基或 MSC）的成本，这些公司常年有数千艘货运船舶航行于海上。
Nakai 的机器人是一种自动清洁设备，用于清除船体上的生物污损（如藻类、植物和动物的堆积物），以帮助船舶更高效地航行，同时确保遵循港口对清洁流程制定的严格法规要求。
Tamir 自 2005 年起便开始接触 3D 打印。3D 打印机早已融入他的日常工作流程，他还掌握了如何运用按需设计与生产技术，快速解决各类难题。在 Nakai 公司需要扩大设计与生产规模之际，团队选择采用易用型 SLS 设备。他们已经将产能提升至 3 台 Fuse 系列打印机以及 Form 3L 和 Form 3B SLA 打印机。
“对我们来说，SLS 3D 打印机打印的部件可满足量产要求，并且达到成品品质标准。”
Yair Tamir，Nakai Robotics 联合创始人
生物污损的成本
Nakai Robotics 起源于 Melman 向 Tamir 提出的观察和想法。作为一名休闲潜水员，Melman 曾见过驶入港口的船只底部，并对船体上堆积的污泥感到惊讶。Tamir 表示：“我们花了一年的时间来了解生物污损对港口环境和船舶燃料成本的影响，并意识到可以开发一种解决方案来提高利润，同时保护环境安全。”
生物污损对运输成本的影响主要在于减慢航速，这是因为有机和无机物质积聚在船体上会产生巨大的阻力。为了按时抵达，船舶不得不消耗更多的燃料，成本也随之增加。船体保持洁净可以极大地提高效率，Nakai 预计其机器人可以将燃料成本降低 10% 至 15%。
基于多年工程和开发经验，Nakai Robotics 推出了 PLECOS 机器人，包含数百个不同的部件。其中，3D 打印最终用途部件以及模制和机加工部件提高了 PLECOS 的耐用性和效率。
一些政策严格的地方政府甚至规定，船舶若未事先通过船体检查，便不允许其进入港口。一艘澳大利亚游轮在悉尼港外停留了一周多，才清理干净并驶入港口，无论是游轮公司还是船上的游客，都损失巨大。
除了成本之外，生物污损还对港口海岸环境的脆弱生态系统平衡造成了巨大负担。当船只进入港口时，来自船体的外来物质和入侵物种会影响到本已脆弱的海岸线生态系统。如果必须清理船舶（通常由遥控车辆或潜水员完成），则必须丢弃相应异物。在一些监管不严格的国家，允许将其直接倾倒在该国水域，但这可能影响环境，如导致当地物种灭绝、珊瑚白化和入侵物种繁殖。
Nakai 提供两种平台解决方案。第一个是 PLECOS，采取港口操作模式。该设备配备专有过滤器和收集罐，可确保不会将碎屑丢弃在当地水域。第二种机器人 GOBY 会随船在公海上航行，并在生物污损不断堆积的过程中持续清除新增污垢，从而减轻环境影响，并帮助船舶运营商遵守监管政策。
“生物污损对环境造成了极大的危害，对海洋和燃料成本也有不良影响。虽然有公司提供清洁服务，但在某些国家的海事边界内，很难遵守严格的港口法规。因此，我们需要开发一种能够承受深海航行所产生的作用力，或者能够收集其所清除全部物质的装置，”Tamir 说。
解决污垢问题：深海机器人开发
在最初考虑解决方案时，其中就包括 3D 打印。在 Nakai 成立之前，Tamir 已经使用了 20 年 3D 打印机，对市场上的每一项技术和主要 3D 打印制造商都了如指掌。对于这个项目，他需要一种解决方案，可以帮助团队快速开发功能部件，同时实现精确公差，以便部件能够轻松地装配到非常复杂的多材料组件中。Tamir 表示：“我们一直在打印，全天候不停地开发。”
总体而言，Nakai 机器人包含 1500 个不同的部件，其中 300 个部件采用 3D 打印技术制造并用于最终版本的机器人。他们的 3D 打印解决方案不仅需要实现大批量打印，还需要具备一致性、可重复性和准确性，并且所用材料能够承受强大的外力。由于涉及 300 个最终用途 3D 打印部件，Nakai 需要一种能够实现大规模生产的解决方案，以便在新订单到来时有库存可供调配。
“我们之所以选择 Fuse 系列，是因为其质量可重复。我想把部件发送到打印机，打印完成后便可投入使用，并不想进行额外处理。虽然有很多员工，但我不想被迫教会每个人如何校准打印机。”
Yair Tamir，Nakai Robotics 联合创始人
用于最终用途机器人部件的 SLS 3D 打印
Tamir 最初为另一家医疗器械初创公司购买了 Formlabs 大幅面 SLA 打印机 Form 3L 和生物相容性桌面打印机 Form 3B。SLA 产品线可用材料范围广泛，因此，他们能够在不同项目之间轻松切换树脂。他们能够利用 Formlabs 树脂快速试验用于机器人高性能碳纤维外壳的模具，甚至可以为密封件制造柔性部件。Tamir 说道：“我们最常用的 SLA 材料是 Tough 1500 Resin，几乎适用于一切场景，甚至包括模具。”
然而，在制造最用途部件时，Tamir 使用了 Fuse 1 和 Nylon 12 GF Powder，这是一种玻璃纤维增强材料，具有极高的刚性和尺寸精度。
“我们之所以选择 Nylon 12 GF Powder，是因为它具有出色的拉伸强度，这是我们最看重的特性。我们就是需要这种近似钢铁或其他金属特性的材料。”
Yair Tamir，Nakai Robotics 联合创始人
为了生产最终用途机器人所需的数千个 SLS 部件，Nakai 团队每天都在全天候运行其打印机。Tamir 表示：“每个机器人上有 300 多个 SLS 部件，这已达到商业级别的生产规模。” 对于如此大的商业体量，他们还需要依赖这些部件的精度和一致性，以确保每台机器人的组装和运行都与另一台完全一致。即使在使用 Fuse 系列打印机多年后，Tamir 及其生产团队也发现部件仍能保持一致的尺寸精度。
“每个人都说 SLA 是打印小型特征的最佳选择，但如果需要百分比公差，那就得选择 SLS 了。SLS 可反复使用。每次都能获得相同的结果，而且不会变形。”
Yair Tamir，Nakai Robotics 联合创始人
利用 Cerakote 确保水下性能
制造一台自主机器人已经很困难了，而要制造一台需要在水下操作并承受强大外力的机器人则是完全不同的挑战。GOBY 机器人采用吸附在船体侧面的专有技术，Nakai 透露，他们利用迎面而来的水流为机器人提供动力，并将其牢牢固定在船体上。
机器人的外壳由碳纤维制成，通过碳纤维预浸料工艺制造。但对于所有最终用途 SLS 组件，Tamir 需要找到一种解决方案，即使在水下浸泡数月后，也能保持 3D 打印部件的水密性和功能性。
团队在盐浴和盐雾中测试了 SLS 3D 打印部件，以确定海水对其的腐蚀影响。在长时间接触后，SLS 3D 打印部件开始出现腐蚀迹象，Tamir 开始探索不同的涂层方法。在测试了不同的电镀和涂层方法后，他们选择了 Cerakote。“我们测试了不同的后处理工艺和解决方案，原以为足以保护部件，结果却不令人满意，后来我们开始使用 Cerakote，效果非常好。Tamir 表示：“我们现在在内部对 SLS 部件进行 Cerakote 涂层处理，以便很好地耐受盐雾和水下浸泡。”
Cerakote 是由 NIC Industries 开发的一种高性能轻薄陶瓷涂层，具有众多机械和外观优势。对于最终用途 SLS 产品和组件，Cerakote 可以提升其功能，延长 3D 打印部件的使用寿命和耐候性。
持续扩张，全速推进
PLECOS 可以保持附着状态并且移动不受约束，从而去除船体上的生物污损并提高通行效率。
Nakai 团队为大型货船部署了 PLECOS，这是整个无人机和机器人行业中快速发展的“无人机即服务”领域的一个例子。
在完成生命周期测试和成功测试后，Nakai 将最终用途机器人部署到多艘航行于世界各地的船只上。随着消息逐渐传开，对这种节能经济解决方案的需求也在增长；从货运到邮轮，几乎所有类型的航运解决方案，都面临着生物污损的监管问题，而且毫无例外，所有人都希望自己的燃料能让船只航行得更远。“如果我们的机器人可以清洁船舶，就可以为您节省资金，节省碳信用。即使是风能或电能，摩擦仍然存在，而清除生物污损可以解决这一问题，”Tamir 说道。
3D 打印是 Nakai 扩张计划的重要组成部分，在享受了快速、灵活的开发进度带来的好处之后，Tamir 认为 3D 打印可以帮助他们在日益激烈的行业竞争中保持领先地位。Tamir 提出：“我们公司下一阶段目标是扩大生产规模。规模不断扩大，支持力度不断增强，产品种类日益丰富。我打算购买更多 3D 打印机，并投入使用”。
借助 Form 系列和 Fuse 系列，Nakai 团队能够快速迭代，并为机器人制造出数千个最终用途部件，以便在一些最恶劣的环境中使用：高压、寒冷、高盐度且水流湍急的环境。“我们之所以选择 Formlabs，是因为其质量可重复。我只希望发送任务，随后将打印部件取出即可投入使用。我不想执行其他操作，”Tamir 表示。
随着越来越多的客户和合作伙伴加入，Nakai 计划通过 SLA 和 SLS 3D 打印扩大规模。如需了解有关 Formlabs 技术的更多信息，请探索最终用途应用和材料。