中国3D打印技术竞争力前景

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中国3d打印技术竞争力前景
　　方兴未艾的3D打印技术，被视为传统产业实现升级的重要途径，在这一领域，中国已经取得了一批基础研究和产业化成果，部分甚至处于世界领先水平
　　文/左世全
　　增材制造技术，俗称3D打印，是利用计算机设计数据采用材料逐层堆积的方法制造实体零件的技术，其始于20世纪80年代的快速成形技术。目前，已经发展出激光烧结技术、熔融沉积成形技术、立体光刻技术、电子束熔炼技术、超声波固结技术、喷墨沉积技术等多种类型。而从严格意义上来说，喷墨沉积技术才是真正的3D打印。
　　相对于传统的材料去除（切削加工）技术，增材制造采用的是材料累加的制造方法，不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，而是利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，解决了许多过去难以制造的复杂结构零件的成形问题。而且产品结构越复杂，制造效率越显著。
　　增材制造改变了通过对原材料进行切削、组装生产的加工模式，实现了随时、随地、按不同需要进行生产，一定程度上将改变以福特制造装配生产线为代表的大规模批量生产方式，将深刻影响制造业的未来，因此国外学术界认为其是“第三次工业革命”的重要标志之一。
　　需要注意的是，增材制造技术是制造技术原理的一次革命性突破，但它不可能取代切削、铸锻等传统制造技术，它是对传统制造技术的补充与完善。目前，这项技术的主要问题：一是制造精度尚不能达到传统超精度加工技术；二是生产效率还比较低，不适用于大批量生产；三是成本仍然较高，制造设备和材料成本远高于传统制造；四是在材料、工艺、设备的技术方面尚不成熟。
　　产业升级新机遇
　　当前，中国正处于从“中国制造”向“中国创造”迈进的重要时期，同传统制造技术相比，增材制造技术能够让设计师在很大程度上从制造工艺及装备的约束中解放出来，更多关注产品的创意创新、功能性能。
　　增材制造技术还通过简化或省略传统制造中的工艺准备、试验等环节，使得产品设计、制造、检测高度一体化，能够显著缩短新产品研发周期和研发成本。因此，增材制造技术对于增强我国制造业自主创新能力具有重要意义。
　　作为一项新兴技术，增材制造技术的发展能够催生和培育增材制造设备与相关服务新产业，包括零部件委托加工、专业设计分析、软件开发等业务。发展增材制造技术有助于带动金属和功能材料制备、设计/控制软件开发、激光器/喷嘴等核心元部件研发，打破国外垄断。发展增材制造技术能够进一步推进网络化协同制造、定制化制造、专业化制造和绿色制造，促进高端装备制造、生物制造等产业发展。因此，发展增材制造是培育新兴产业、优化产业结构、促进产业升级的重要途径。
　　我国自20世纪90年代初开始推进增材制造技术研究，已经取得了一批基础研究和产业化成果，部分甚至处于世界领先水平。如西安交通大学开展了料光固化快速成形、金属熔敷制造、生物组织制造、陶瓷光固化成形研究，建立了快速制造国家工程研究中心；华中科技大学开展了叠层制造、选择性激光烧结、选择性激光熔化、激光近成形等技术研究；清华大学开展了多功能快速成形设备、熔融沉积制造设备、电子束制造设备、生物打印技术研究；北京隆源公司开展了激光选取烧结设备研究；中航625所开展了电子束成形制造研究，华南理工大学开展了激光金属烧结技术研究。特别是北京航空航天大学、西北工业大学开展的金属熔敷成形技术研究，在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺和成套装备，目前已给我国提供飞机的大型零部件，如发动机隔框、起落架等，并且成本低、速度快，处于国际领先水平。湖南华曙高科技有限责任公司通过引进海外研发团队开发出选择性激光尼龙烧结设备，并首次实现对美国出口，这标志着我国在这项尖端装备制造领域取得了重大技术突破。
　　通过科研开发和设备产业化，目前中国已经改变了该类设备早期依赖进口的局面，并在全国建立了20多个服务中心，设备用户遍布医疗、航空航天、汽车、军工、模具、电子电器、造船等行业。2011年，我国增材制造产业市场规模近10亿元（不含军工市场）。随着我国制造业的整体升级和在医疗、航空航天、汽车、军工、消费电子产品、地理信息、艺术设计、模具等行业的推广应用，增材制造市场还将进一步扩大。
　　四大支撑加速产业化
　　目前，我国增材制造技术还处于产业化初期阶段，发展仍面临诸多挑战，主要表现在：一是产业规模化程度不高。增材制造技术大多还停留在高校及科研机构的实验室内，企业规模普遍较小，研发投入相对较低；二是技术创新体系不健全。创新资源相对分割，标准、试验检测、研发等公共服务平台缺乏，新产品推广应用难，尚未建立起产学研用相结合的技术创新体系；三是产业政策体系尚未完善。为促进增材制造产业发展，应制定前瞻性、一致性、系统性的政策体系，尤其当前正处于产业发展初期，制定实施面向产业化的一系列发展规划和财税政策尤为关键；四是行业管理亟待加强。目前我国增材制造产业处于起步阶段，行业规划、政策、标准对引导行业发展起到非常关键的作用；五是教育和培训制度急需加强。在工程学科的教学缺乏增材制造相关必修环节，职业培训体系缺乏增材制造设备的实训项目，产业部门缺乏创新型人才和熟练技工。
　　为加快推动我国增材制造技术研发和产业化，未来需要从以下四个方面提前部署：
　　一是加强顶层设计和统筹规划。制定国家层面的增材制造行动计划，成立增材制造领导小组、咨询专家组、执行专家组和领导小组办公室，研究制定相关行动计划，并负责组织和管理。建立多部委协同推进机制，由工信部、发改委、科技部、财政部等国家部委组织相关科研机构专家研究制定增材制造技术路线图和中长期发展战略，明确这一产业的发展原则、阶段目标、技术路线、重点任务和政策措施，为我国增材制造产业发展做好顶层设计和统筹规划。推动完善增材制造技术规范与标准的制定，促进增材制造技术平台建设，促进产业健康可持续发展。
　　二是加大财政支持力度。充分利用现有政策渠道，加大对增材制造技术研发和产业化的支持力度。在智能制造装备发展专项中增加增材制造成套设备及其关键零部件的研发和首台套示范应用项目，加大数控机床重大专项对增材制造装备的支持；推动设立增材制造产业创新发展资金，探索相关税收优惠政策。重点支持增材制造软件控制技术、材料技术、激光技术等关键共性技术研发，重点支持增材制造装备的研发、第三方检测试验平台建设、首台套应用示范和产业化。
　　三是建立增材制造应用示范基地。在全国范围内筛选技术条件好、应用需求大的代表性省市建立增材制造应用示范基地,根据我国增材制造技术的发展水平，立足装备制造业，重点选择在航空航天、汽车模具、生物医疗、电子制造等领域推广应用，分步骤、分层次开展应用示范，形成通用性、标准化、自主知识产权的应用平台，加快推进产业、技术与应用协同发展。
　　四是组建增材制造行业组织。积极引导高校、科研机构、工业设计企业、增材制造设备提供商、材料及激光器研发企业和机构、增材制造服务应用提供商筹建行业协会，研究制定增材制造产业发展规划、财税政策和技术标准，筹建产学研用相结合的产需对接平台，打通上下游产业链，推动增材制造产业集群化发展。□
【来源互联网】
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