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3D新聞

3D打印技術將如何改變“中國製造”?

星之球科技 來源:學習(xi) 時報2013-11-21 我要評論(0 )   

當前,新一輪世界科技革命正在孕育,以增材製造技術為(wei) 重要代表的第三次工業(ye) 革命初見端倪。我國正處於(yu) 工業(ye) 轉型升級的關(guan) 鍵時期,增材製造技術的發展,對我國既是重大機遇...

       當前,新一輪世界科技革命正在孕育,以增材製造技術為(wei) 重要代表的第三次工業(ye) 革命初見端倪。我國正處於(yu) 工業(ye) 轉型升級的關(guan) 鍵時期,增材製造技術的發展,對我國既是重大機遇,又帶來了挑戰。加快推進增材製造技術研發及產(chan) 業(ye) 化,對於(yu) 提升我國製造業(ye) 的整體(ti) 創新能力,取得在數字化製造、智能製造方麵發展的主動權,搶占先進製造業(ye) 發展製高點,加快工業(ye) 轉型升級和經濟發展方式轉變具有重要意義(yi) 。

 

  增材製造技術與(yu) 3D打印產(chan) 業(ye) 發展現狀

  增材製造(Additive Manufacturing,AM)技術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,AM技術與(yu) 傳(chuan) 統製造技術的融合發展將對製造業(ye) 產(chan) 生重要影響。歐美發達國家密切關(guan) 注這一最新動向,加緊戰略部署,推動AM技術創新及產(chan) 業(ye) 化。自1990年由美國麻省理工學院申請的專(zhuan) 利“三維印刷技術”獲得批準後,二十多年來,隨著AM技術取得快速發展,包括“快速原型製造(Rapid Prototyping)”“實體(ti) 自由製造(Solid-formFabrication)”等新型製造業(ye) 態都被統稱為(wei) 3D打印產(chan) 業(ye) ,並預測這種實體(ti) 自由成形製造技術將帶來“第三次工業(ye) 革命”。

 

  3D打印產(chan) 業(ye) 代表製造業(ye) 特別是大型航空航天製造發展新趨勢。美國Wohlers協會(hui) 在2012年度報告指出,AM技術誕生25年以來,相關(guan) 設備和服務平均年增長率27%。據預測,到2016年該市場規模將達到31億(yi) 美元,到2020年將增長到52億(yi) 美元。AM技術正處於(yu) 發展期,具有旺盛的生命力,還在不斷發展;隨著技術發展,應用領域也將越來越廣泛。

 

  目前,該技術與(yu) 不同的材料和工藝結合形成了20多種AM設備,並呈現出三個(ge) 方麵的發展態勢:一是利用3D打印機直接製造日常消費品;二是采用激光或電子束直接成形製造功能零件;三是將複合材料組織與(yu) 外形結構的設計同步並製造一體(ti) 化組織與(yu) 結構。

 

  我國3D打印產(chan) 業(ye) 發展現狀及存在的問題

  自20世紀90年代初以來,清華大學等高校,在3D打印設備製造技術、3D打印材料技術等方麵開展了積極的探索。盡管已有部分技術處於(yu) 世界先進水平,但國內(nei) 3D打印成本較高,多用於(yu) 實驗,規模化應用尚需時日。用3D打印替代傳(chuan) 統製造業(ye) 批量生產(chan) ,從(cong) 效率、成本和可靠性等方麵來看都麵臨(lin) 著極大挑戰。從(cong) 產(chan) 業(ye) 發展角度來說,我國3D打印產(chan) 業(ye) 主要存在以下四個(ge) 方麵亟待破解的問題:

 

  產(chan) 業(ye) 布局層麵,3D打印技術路線和國家層麵產(chan) 業(ye) 發展戰略亟待出台。首先,3D打印技術沒有被確立為(wei) 國家主流製造技術範疇。3D打印技術往往被看作工業(ye) 設計的一種輔助手段,國家對3D打印這一交叉學科的技術總體(ti) 規劃與(yu) 重視不夠。其次,3D打印產(chan) 業(ye) 培育的基礎較為(wei) 薄弱。3D打印產(chan) 業(ye) 沒有形成產(chan) 業(ye) 鏈、工業(ye) 環境不配套等等;在一些核心技術和關(guan) 鍵器件上仍然對國外依賴較大;在應用方麵,我國的3D打印產(chan) 業(ye) 分布領域也較為(wei) 狹窄。

 

  產(chan) 業(ye) 規模層麵,3D打印行業(ye) 共性標準沒有建立,製約了大規模商業(ye) 化。3D打印技術應用特征是小批量、多品種和個(ge) 性化,這就凸顯行業(ye) 共性標準的決(jue) 定性意義(yi) 。目前國內(nei) 的3D打印企業(ye) 整合度較低,主導的技術標準、開發平台尚未確立,技術研發和推廣應用還處於(yu) 無序狀態等等。可見,3D打印行業(ye) 共性標準體(ti) 係一日不建立,3D打印就一日不能大規模商業(ye) 化。

 

  產(chan) 業(ye) 支撐層麵,3D打印材料供給不足成為(wei) 產(chan) 業(ye) 發展的一個(ge) 巨大瓶頸。3D打印產(chan) 業(ye) 特殊性之一就是材料為(wei) 王。耗材對3D打印技術的應用和發展起決(jue) 定作用。國內(nei) 有能力生產(chan) 3D打印材料的企業(ye) 並不多,主要依賴進口,特別是金屬材料。由於(yu) 國內(nei) 3D打印產(chan) 業(ye) 還處於(yu) 弱小階段,過小的市場導致企業(ye) 缺少加大研發投入的能力與(yu) 動機,而且即便耗材研發成功,也存在規模化生產(chan) 、材料配比等問題。

 

  產(chan) 業(ye) 成長層麵,3D打印產(chan) 業(ye) 的技術產(chan) 品化開發滯後於(yu) 國內(nei) 市場開發。一方麵,我國3D打印技術大多積澱在高校,代表一定實力的3D技術開發大多為(wei) 清華大學等高校所掌握。但由於(yu) 高校在技術產(chan) 業(ye) 化方麵固有缺陷,使得這些技術的產(chan) 品化開發還很不充分;已有的幾家自主製造3D打印設備企業(ye) 規模較小,研發力量不足。另一方麵,國內(nei) 3D打印服務的市場開發由於(yu) 進入門檻低而出現過度開發特征。雖然,他們(men) 迅速開拓了3D打印服務市場,但同時由於(yu) 原發性創新與(yu) 產(chan) 業(ye) 核心技術的缺失也給整個(ge) 處於(yu) 孵化期的行業(ye) 增添了風險。

 加快培育我國3D打印產(chan) 業(ye) 的對策

  3D打印產(chan) 業(ye) 發展是推動我國由“工業(ye) 大國”向“工業(ye) 強國”轉變的重大機遇之一。如果我們(men) 不能占據在以3D打印為(wei) 代表的數字化製造技術上製高點,我國企業(ye) 躑躅於(yu) 產(chan) 業(ye) 鏈低端的現實將進一步惡化,特別是現有傳(chuan) 統的製造手段和生產(chan) 模式將很快被3D打印取代。因此,我們(men) 提出以下幾點建議。

  首先,要加快國家3D打印產(chan) 業(ye) 的頂層設計和統籌規劃。加快研究和出台國家3D打印產(chan) 業(ye) 的發展規劃,並在我國工業(ye) 轉型升級、發展智能製造業(ye) 的相關(guan) 規劃中對涉及3D打印產(chan) 業(ye) 給予政策銜接。

  其次,加快國家優(you) 勢資源在打印材料、設計製造及應用領域等3D打印產(chan) 業(ye) 的三大環節集聚。政府主要負責引導方向,特別是要讓從(cong) 事3D打印產(chan) 業(ye) 的民營企業(ye) 有充分的自主發展空間;發揮財稅杠杆力度,針對已有3D打印重點企業(ye) 在降低製造成本、提高製造效率低和製造精度等方麵給予研發補貼和稅費優(you) 惠。鼓勵企業(ye) 投資、研發、生產(chan) 和應用3D打印並走向批量生產(chan) 的發展模式,支持3D打印設備的進出口等。

  再次,將3D打印技術作為(wei) 國防科技和重工業(ye) 以及占有重要經濟地位的產(chan) 業(ye) 的重要支撐發展技術之一。國家應重點選擇在航空航天、汽車模具等領域進行3D打印技術的推廣應用,加快推進產(chan) 業(ye) 化;將3D打印技術定位為(wei) 生產(chan) 性服務業(ye) 、工業(ye) 設計、先進製造及製造業(ye) 信息化工程的關(guan) 鍵技術,將該產(chan) 業(ye) 納入優(you) 先發展產(chan) 業(ye) 及產(chan) 品目錄。

  最後,對於(yu) 材料為(wei) 王的3D打印產(chan) 業(ye) 來說,中國搶占該領域的經濟科技最高點首選就是要從(cong) 打印材料實現突破,而國家支持部分3D打印研發機構和重點企業(ye) 全球招聘材料科學領域領軍(jun) 人才和團隊是關(guan) 鍵所在。

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