方興(xing) 未艾的3D打印技術,被視為(wei) 傳(chuan) 統產(chan) 業(ye) 實現升級的重要途徑,在這一領域,中國已經取得了一批基礎研究和產(chan) 業(ye) 化成果,部分甚至處於(yu) 世界領先水平。
增材製造技術,俗稱3D打印,是利用計算機設計數據采用材料逐層堆積的方法製造實體(ti) 零件的技術,其始於(yu) 20世紀80年代的快速成形技術。目前,已經發展出激光燒結技術、熔融沉積成形技術、立體(ti) 光刻技術、電子束熔煉技術、超聲波固結技術、噴墨沉積技術等多種類型。而從(cong) 嚴(yan) 格意義(yi) 上來說,噴墨沉積技術才是真正的3D打印。
相對於(yu) 傳(chuan) 統的材料去除(切削加工)技術,增材製造采用的是材料累加的製造方法,不需要傳(chuan) 統的刀具、夾具及多道加工工序,而是利用三維設計數據在一台設備上可快速而精確地製造出任意複雜形狀的零件,解決(jue) 了許多過去難以製造的複雜結構零件的成形問題。而且產(chan) 品結構越複雜,製造效率越顯著。
增材製造改變了通過對原材料進行切削、組裝生產(chan) 的加工模式,實現了隨時、隨地、按不同需要進行生產(chan) ,一定程度上將改變以福特製造裝配生產(chan) 線為(wei) 代表的大規模批量生產(chan) 方式,將深刻影響製造業(ye) 的未來,因此國外學術界認為(wei) 其是“第三次工業(ye) 革命”的重要標誌之一。
需要注意的是,增材製造技術是製造技術原理的一次革命性突破,但它不可能取代切削、鑄鍛等傳(chuan) 統製造技術,它是對傳(chuan) 統製造技術的補充與(yu) 完善。目前,這項技術的主要問題:一是製造精度尚不能達到傳(chuan) 統超精度加工技術;二是生產(chan) 效率還比較低,不適用於(yu) 大批量生產(chan) ;三是成本仍然較高,製造設備和材料成本遠高於(yu) 傳(chuan) 統製造;四是在材料、工藝、設備的技術方麵尚不成熟。
產(chan) 業(ye) 升級新機遇
當前,中國正處於(yu) 從(cong) “中國製造”向“中國創造”邁進的重要時期,同傳(chuan) 統製造技術相比,增材製造技術能夠讓設計師在很大程度上從(cong) 製造工藝及裝備的約束中解放出來,更多關(guan) 注產(chan) 品的創意創新、功能性能。
增材製造技術還通過簡化或省略傳(chuan) 統製造中的工藝準備、試驗等環節,使得產(chan) 品設計、製造、檢測高度一體(ti) 化,能夠顯著縮短新產(chan) 品研發周期和研發成本。因此,增材製造技術對於(yu) 增強我國製造業(ye) 自主創新能力具有重要意義(yi) 。
作為(wei) 一項新興(xing) 技術,增材製造技術的發展能夠催生和培育增材製造設備與(yu) 相關(guan) 服務新產(chan) 業(ye) ,包括零部件委托加工、專(zhuan) 業(ye) 設計分析、軟件開發等業(ye) 務。發展增材製造技術有助於(yu) 帶動金屬和功能材料製備、設計/控製軟件開發、激光器/噴嘴等核心元部件研發,打破國外壟斷。發展增材製造技術能夠進一步推進網絡化協同製造、定製化製造、專(zhuan) 業(ye) 化製造和綠色製造,促進高端裝備製造、生物製造等產(chan) 業(ye) 發展。因此,發展增材製造是培育新興(xing) 產(chan) 業(ye) 、優(you) 化產(chan) 業(ye) 結構、促進產(chan) 業(ye) 升級的重要途徑。
我國自20世紀90年代初開始推進增材製造技術研究,已經取得了一批基礎研究和產(chan) 業(ye) 化成果,部分甚至處於(yu) 世界領先水平。如西安交通大學開展了料光固化快速成形、金屬熔敷製造、生物組織製造、陶瓷光固化成形研究,建立了快速製造國家工程研究中心;華中科技大學開展了疊層製造、選擇性激光燒結、選擇性激光熔化、激光近成形等技術研究;清華大學開展了多功能快速成形設備、熔融沉積製造設備、電子束製造設備、生物打印技術研究;北京隆源公司開展了激光選取燒結設備研究;中航625所開展了電子束成形製造研究,華南理工大學開展了激光金屬燒結技術研究。特別是北京航空航天大學、西北工業(ye) 大學開展的金屬熔敷成形技術研究,在國際上首次全麵突破了鈦合金、超高強度鋼等難加工大型複雜整體(ti) 關(guan) 鍵構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,如發動機隔框、起落架等,並且成本低、速度快,處於(yu) 國際領先水平。湖南華曙高科技有限責任公司通過引進海外研發團隊開發出選擇性激光尼龍燒結設備,並首次實現對美國出口,這標誌著我國在這項尖端裝備製造領域取得了重大技術突破。
通過科研開發和設備產(chan) 業(ye) 化,目前中國已經改變了該類設備早期依賴進口的局麵,並在全國建立了20多個(ge) 服務中心,設備用戶遍布醫療、航空航天、汽車、軍(jun) 工、模具、電子電器、造船等行業(ye) 。2011年,我國增材製造產(chan) 業(ye) 市場規模近10億(yi) 元(不含軍(jun) 工市場)。隨著我國製造業(ye) 的整體(ti) 升級和在醫療、航空航天、汽車、軍(jun) 工、消費電子產(chan) 品、地理信息、藝術設計、模具等行業(ye) 的推廣應用,增材製造市場還將進一步擴大。
四大支撐加速產(chan) 業(ye) 化
目前,我國增材製造技術還處於(yu) 產(chan) 業(ye) 化初期階段,發展仍麵臨(lin) 諸多挑戰,主要表現在:一是產(chan) 業(ye) 規模化程度不高。增材製造技術大多還停留在高校及科研機構的實驗室內(nei) ,企業(ye) 規模普遍較小,研發投入相對較低;二是技術創新體(ti) 係不健全。創新資源相對分割,標準、試驗檢測、研發等公共服務平台缺乏,新產(chan) 品推廣應用難,尚未建立起產(chan) 學研用相結合的技術創新體(ti) 係;三是產(chan) 業(ye) 政策體(ti) 係尚未完善。為(wei) 促進增材製造產(chan) 業(ye) 發展,應製定前瞻性、一致性、係統性的政策體(ti) 係,尤其當前正處於(yu) 產(chan) 業(ye) 發展初期,製定實施麵向產(chan) 業(ye) 化的一係列發展規劃和財稅政策尤為(wei) 關(guan) 鍵;四是行業(ye) 管理亟待加強。目前我國增材製造產(chan) 業(ye) 處於(yu) 起步階段,行業(ye) 規劃、政策、標準對引導行業(ye) 發展起到非常關(guan) 鍵的作用;五是教育和培訓製度急需加強。在工程學科的教學缺乏增材製造相關(guan) 必修環節,職業(ye) 培訓體(ti) 係缺乏增材製造設備的實訓項目,產(chan) 業(ye) 部門缺乏創新型人才和熟練技工。
為(wei) 加快推動我國增材製造技術研發和產(chan) 業(ye) 化,未來需要從(cong) 以下四個(ge) 方麵提前部署:
一是加強頂層設計和統籌規劃。製定國家層麵的增材製造行動計劃,成立增材製造領導小組、谘詢專(zhuan) 家組、執行專(zhuan) 家組和領導小組辦公室,研究製定相關(guan) 行動計劃,並負責組織和管理。建立多部委協同推進機製,由工信部、發改委、科技部、財政部等國家部委組織相關(guan) 科研機構專(zhuan) 家研究製定增材製造技術路線圖和中長期發展戰略,明確這一產(chan) 業(ye) 的發展原則、階段目標、技術路線、重點任務和政策措施,為(wei) 我國增材製造產(chan) 業(ye) 發展做好頂層設計和統籌規劃。推動完善增材製造技術規範與(yu) 標準的製定,促進增材製造技術平台建設,促進產(chan) 業(ye) 健康可持續發展。
二是加大財政支持力度。充分利用現有政策渠道,加大對增材製造技術研發和產(chan) 業(ye) 化的支持力度。在智能製造裝備發展專(zhuan) 項中增加增材製造成套設備及其關(guan) 鍵零部件的研發和首台套示範應用項目,加大數控機床重大專(zhuan) 項對增材製造裝備的支持;推動設立增材製造產(chan) 業(ye) 創新發展資金,探索相關(guan) 稅收優(you) 惠政策。重點支持增材製造軟件控製技術、材料技術、激光技術等關(guan) 鍵共性技術研發,重點支持增材製造裝備的研發、第三方檢測試驗平台建設、首台套應用示範和產(chan) 業(ye) 化。
三是建立增材製造應用示範基地。在全國範圍內(nei) 篩選技術條件好、應用需求大的代表性省市建立增材製造應用示範基地,根據我國增材製造技術的發展水平,立足裝備製造業(ye) ,重點選擇在航空航天、汽車模具、生物醫療、電子製造等領域推廣應用,分步驟、分層次開展應用示範,形成通用性、標準化、自主知識產(chan) 權的應用平台,加快推進產(chan) 業(ye) 、技術與(yu) 應用協同發展。#p#分頁標題#e#
四是組建增材製造行業(ye) 組織。積極引導高校、科研機構、工業(ye) 設計企業(ye) 、增材製造設備提供商、材料及激光器研發企業(ye) 和機構、增材製造服務應用提供商籌建行業(ye) 協會(hui) ,研究製定增材製造產(chan) 業(ye) 發展規劃、財稅政策和技術標準,籌建產(chan) 學研用相結合的產(chan) 需對接平台,打通上下遊產(chan) 業(ye) 鏈,推動增材製造產(chan) 業(ye) 集群化發展。
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