方興未艾的3D打印技術(shù)，被視為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)升級的重要途徑，在這一領(lǐng)域，中國已經(jīng)取得了一批基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化成果，部分甚至處于世界領(lǐng)先水平。
增材制造技術(shù)，俗稱3D打印，是利用計算機設(shè)計數(shù)據(jù)采用材料逐層堆積的方法制造實體零件的技術(shù)，其始于20世紀80年代的快速成形技術(shù)。目前，已經(jīng)發(fā)展出激光燒結(jié)技術(shù)、熔融沉積成形技術(shù)、立體光刻技術(shù)、電子束熔煉技術(shù)、超聲波固結(jié)技術(shù)、噴墨沉積技術(shù)等多種類型。而從嚴格意義上來說，噴墨沉積技術(shù)才是真正的3D打印。
相對于傳統(tǒng)的材料去除(切削加工)技術(shù)，增材制造采用的是材料累加的制造方法，不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，而是利用三維設(shè)計數(shù)據(jù)在一臺設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復雜形狀的零件，解決了許多過去難以制造的復雜結(jié)構(gòu)零件的成形問題。而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復雜，制造效率越顯著。
增材制造改變了通過對原材料進行切削、組裝生產(chǎn)的加工模式，實現(xiàn)了隨時、隨地、按不同需要進行生產(chǎn)，一定程度上將改變以福特制造裝配生產(chǎn)線為代表的大規(guī)模批量生產(chǎn)方式，將深刻影響制造業(yè)的未來，因此國外學術(shù)界認為其是“第三次工業(yè)革命”的重要標志之一。
需要注意的是，增材制造技術(shù)是制造技術(shù)原理的一次革命性突破，但它不可能取代切削、鑄鍛等傳統(tǒng)制造技術(shù)，它是對傳統(tǒng)制造技術(shù)的補充與完善。目前，這項技術(shù)的主要問題：一是制造精度尚不能達到傳統(tǒng)超精度加工技術(shù)；二是生產(chǎn)效率還比較低，不適用于大批量生產(chǎn)；三是成本仍然較高，制造設(shè)備和材料成本遠高于傳統(tǒng)制造；四是在材料、工藝、設(shè)備的技術(shù)方面尚不成熟。
產(chǎn)業(yè)升級新機遇
當前，中國正處于從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”邁進的重要時期，同傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，增材制造技術(shù)能夠讓設(shè)計師在很大程度上從制造工藝及裝備的約束中解放出來，更多關(guān)注產(chǎn)品的創(chuàng)意創(chuàng)新、功能性能。
增材制造技術(shù)還通過簡化或省略傳統(tǒng)制造中的工藝準備、試驗等環(huán)節(jié)，使得產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測高度一體化，能夠顯著縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期和研發(fā)成本。因此，增材制造技術(shù)對于增強我國制造業(yè)自主創(chuàng)新能力具有重要意義。
作為一項新興技術(shù)，增材制造技術(shù)的發(fā)展能夠催生和培育增材制造設(shè)備與相關(guān)服務(wù)新產(chǎn)業(yè)，包括零部件委托加工、專業(yè)設(shè)計分析、軟件開發(fā)等業(yè)務(wù)。發(fā)展增材制造技術(shù)有助于帶動金屬和功能材料制備、設(shè)計/控制軟件開發(fā)、激光器/噴嘴等核心元部件研發(fā)，打破國外壟斷。發(fā)展增材制造技術(shù)能夠進一步推進網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造、定制化制造、專業(yè)化制造和綠色制造，促進高端裝備制造、生物制造等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，發(fā)展增材制造是培育新興產(chǎn)業(yè)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進產(chǎn)業(yè)升級的重要途徑。
我國自20世紀90年代初開始推進增材制造技術(shù)研究，已經(jīng)取得了一批基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化成果，部分甚至處于世界領(lǐng)先水平。如西安交通大學開展了料光固化快速成形、金屬熔敷制造、生物組織制造、陶瓷光固化成形研究，建立了快速制造國家工程研究中心；華中科技大學開展了疊層制造、選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光熔化、激光近成形等技術(shù)研究；清華大學開展了多功能快速成形設(shè)備、熔融沉積制造設(shè)備、電子束制造設(shè)備、生物打印技術(shù)研究；北京隆源公司開展了激光選取燒結(jié)設(shè)備研究；中航625所開展了電子束成形制造研究，華南理工大學開展了激光金屬燒結(jié)技術(shù)研究。特別是北京航空航天大學、西北工業(yè)大學開展的金屬熔敷成形技術(shù)研究，在國際上首次全面突破了鈦合金、超高強度鋼等難加工大型復雜整體關(guān)鍵構(gòu)件激光成形工藝和成套裝備，目前已給我國提供飛機的大型零部件，如發(fā)動機隔框、起落架等，并且成本低、速度快，處于國際領(lǐng)先水平。湖南華曙高科技有限責任公司通過引進海外研發(fā)團隊開發(fā)出選擇性激光尼龍燒結(jié)設(shè)備，并首次實現(xiàn)對美國出口，這標志著我國在這項尖端裝備制造領(lǐng)域取得了重大技術(shù)突破。
通過科研開發(fā)和設(shè)備產(chǎn)業(yè)化，目前中國已經(jīng)改變了該類設(shè)備早期依賴進口的局面，并在全國建立了20多個服務(wù)中心，設(shè)備用戶遍布醫(yī)療、航空航天、汽車、軍工、模具、電子電器、造船等行業(yè)。2011年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模近10億元(不含軍工市場)。隨著我國制造業(yè)的整體升級和在醫(yī)療、航空航天、汽車、軍工、消費電子產(chǎn)品、地理信息、藝術(shù)設(shè)計、模具等行業(yè)的推廣應(yīng)用，增材制造市場還將進一步擴大。
四大支撐加速產(chǎn)業(yè)化
目前，我國增材制造技術(shù)還處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：一是產(chǎn)業(yè)規(guī)模化程度不高。增材制造技術(shù)大多還停留在高校及科研機構(gòu)的實驗室內(nèi)，企業(yè)規(guī)模普遍較小，研發(fā)投入相對較低；二是技術(shù)創(chuàng)新體系不健全。創(chuàng)新資源相對分割，標準、試驗檢測、研發(fā)等公共服務(wù)平臺缺乏，新產(chǎn)品推廣應(yīng)用難，尚未建立起產(chǎn)學研用相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系；三是產(chǎn)業(yè)政策體系尚未完善。為促進增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)制定前瞻性、一致性、系統(tǒng)性的政策體系，尤其當前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，制定實施面向產(chǎn)業(yè)化的一系列發(fā)展規(guī)劃和財稅政策尤為關(guān)鍵；四是行業(yè)管理亟待加強。目前我國增材制造產(chǎn)業(yè)處于起步階段，行業(yè)規(guī)劃、政策、標準對引導行業(yè)發(fā)展起到非常關(guān)鍵的作用；五是教育和培訓制度急需加強。在工程學科的教學缺乏增材制造相關(guān)必修環(huán)節(jié)，職業(yè)培訓體系缺乏增材制造設(shè)備的實訓項目，產(chǎn)業(yè)部門缺乏創(chuàng)新型人才和熟練技工。
為加快推動我國增材制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，未來需要從以下四個方面提前部署：
一是加強頂層設(shè)計和統(tǒng)籌規(guī)劃。制定國家層面的增材制造行動計劃，成立增材制造領(lǐng)導小組、咨詢專家組、執(zhí)行專家組和領(lǐng)導小組辦公室，研究制定相關(guān)行動計劃，并負責組織和管理。建立多部委協(xié)同推進機制，由工信部、發(fā)改委、科技部、財政部等國家部委組織相關(guān)科研機構(gòu)專家研究制定增材制造技術(shù)路線圖和中長期發(fā)展戰(zhàn)略，明確這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展原則、階段目標、技術(shù)路線、重點任務(wù)和政策措施，為我國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展做好頂層設(shè)計和統(tǒng)籌規(guī)劃。推動完善增材制造技術(shù)規(guī)范與標準的制定，促進增材制造技術(shù)平臺建設(shè)，促進產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。
二是加大財政支持力度。充分利用現(xiàn)有政策渠道，加大對增材制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度。在智能制造裝備發(fā)展專項中增加增材制造成套設(shè)備及其關(guān)鍵零部件的研發(fā)和首臺套示范應(yīng)用項目，加大數(shù)控機床重大專項對增材制造裝備的支持；推動設(shè)立增材制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展資金，探索相關(guān)稅收優(yōu)惠政策。重點支持增材制造軟件控制技術(shù)、材料技術(shù)、激光技術(shù)等關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)，重點支持增材制造裝備的研發(fā)、第三方檢測試驗平臺建設(shè)、首臺套應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)化。
三是建立增材制造應(yīng)用示范基地。在全國范圍內(nèi)篩選技術(shù)條件好、應(yīng)用需求大的代表性省市建立增材制造應(yīng)用示范基地，根據(jù)我國增材制造技術(shù)的發(fā)展水平，立足裝備制造業(yè)，重點選擇在航空航天、汽車模具、生物醫(yī)療、電子制造等領(lǐng)域推廣應(yīng)用，分步驟、分層次開展應(yīng)用示范，形成通用性、標準化、自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用平臺，加快推進產(chǎn)業(yè)、技術(shù)與應(yīng)用協(xié)同發(fā)展。#p#分頁標題#e#
四是組建增材制造行業(yè)組織。積極引導高校、科研機構(gòu)、工業(yè)設(shè)計企業(yè)、增材制造設(shè)備提供商、材料及激光器研發(fā)企業(yè)和機構(gòu)、增材制造服務(wù)應(yīng)用提供商籌建行業(yè)協(xié)會，研究制定增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、財稅政策和技術(shù)標準，籌建產(chǎn)學研用相結(jié)合的產(chǎn)需對接平臺，打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，推動增材制造產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展。
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