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详解为什么要发展增材制造?(上)

导读: 3D打印代表着未来制造业发展的方向之一,但受限于现有技术及材料缺乏,现阶段3D打印技术试验性用途大于实用性。

3D打印代表着未来制造业发展的方向之一,但受限于现有技术及材料缺乏,现阶段3D打印技术试验性用途大于实用性。哥本哈根未来研究学院(CIFS)名誉主任约翰·彼得·帕鲁坦说过,我们的社会通常会高估新技术的可能性,同时却又低估它们的长期发展潜力。小编认为,3D打印技在未来的发展将会有无限可能,接下来我们就一起来看一下,为什么要发展增材制造?(文章分为两部分,此为上半部分)

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一、增材制造发展的背景环境 

1.国际背景 

自2008年国际金融危机以来,以美国、欧盟为代表的西方发达国家开始积极寻找摆脱经济危机的方法,并重新审视实体经济和虚拟经济之间的关系。这些发达国家纷纷调整经济发展战略,提出“再工业化”概念,希望通过重振制造业来拉动经济复苏,保持发达国家在核心科技领域的优势,重塑国家竞争力。以美国为例,2009年以来先后制定出台了《重振美国制造业框架》、《制造业促进法案》、《先进制造伙伴(AMP)计划》和《先进制造业国家战略计划》,如图1所示从国家战略层面提出加快创新、促进美国先进制造业发展的具体建议和措施。 

 

2012年3月,奥巴马宣布实施投资10亿美元的“国家制造业创新网络”计划(NNMI),遴选出制造领域15项前沿性、前瞻性的制造技术,并建立制造业创新中心,全面提升美国制造业竞争力。同年4月,增材制造技术(也被称为3D打印)被确定为首个制造业创新中心;8月,总投入达7000万美元的国家增材制造创新中心 (National Additive Manufacturing Innovation Institute)在俄亥俄州小城扬斯顿市剪彩成立。作为首个“样板示范”中心,国家增材制造创新中心是由产业界、学术界、联邦政府及州政府三方成员共同组成的公-私合作联盟,致力于增材制造技术和产品的开发,并成为新技术研究、开发、示范、转移和推广的基础平台。

目前,中心成员已超过84家,其中包括波音、通用电气、霍尼韦尔、3M、3D System、 Stratasys、阿勒格尼技术、拜耳材料科学等全球知名公司,卡内基-梅隆大学、阿克隆大学、MIT林肯实验室等全球知名研究机构,以及美国宇航局、能源部、教育部等美国政府部门。由此可见,增材制造不单被认为是一项新兴技术,它同其他先进制造技术一起承载了美国重振制造业的希望,是美国实现先进制造业国家战略的技术保障。

奥巴马总统在2013年和2014年的国情咨文演说中均谈到了增材制造的重要性,他指出“3D打印可以革新我们几乎任何东西的制造方法”,“我们现在有机会在下一轮高技术制造业岗位竞争中战胜其他国家。我们已经在罗利和扬斯敦开始运行高技术制造业中心(国家增材制造创新中心),把商业和研究型大学联系起来,帮助美国引领世界先进技术的发展。” 随着美国政府强力推动增材制造的发展,美国民间的制造商协会、咨询公司、学者与媒体也纷纷发布报告或撰文,进行舆论宣传,营造良好的社会环境。

2012年3月,美国国防部防务分析研究所(IDA)发布了题为“增材制造业:现状与机遇”的研究报告,全面介绍了增材制造的现状和关键技术的研究进展,面临的技术挑战,和政府应发挥的作用。同年4月,英国《经济学人》(The Economist)“第三次工业革命”(A third industrial revolution) 专刊,通过7篇短文对制造业未来的发展趋势进行了展望,认为增材制造将“与其他数字化生产模式一起推动、实现第三次工业革命”。
8月,高德纳(Gartner)公司发布的《高德纳2012年新兴技术炒作周期》报告认为综合了数字建模、材料与化学、自动化控制、信息技术等多方面知识的增材制造技术将彻底颠覆现有生产和商业模式。其制造方式跟打印数字相片相似,允许客户在家里面打印实体物件。结合3D扫描技术,将可通过智能手机扫描特定对象,然后打印出相近的复制品。这项技术已经从技术萌芽期发展到期望膨胀期,与大数据一起成为当今最受市场关注的新技术之一。而生物三维打印也将在10年后达到期望膨胀期高点(见图2)。

短期内大幅度的媒体曝光引爆了全球对此技术的关注,使得增材制造在全球迅速升温。继 美国之后,欧洲及其他国家也在积极推动增材制造技术的研发及应用推广。英国、德国、加拿大、日本、澳大利亚、新加坡等国相继开始设立增材制造技术研究中心,建立大学、企业和政府之间的增材制造联盟,提供研究资金支持大型项目合作,制定增材制造路线图及相关标准,以促进本国增材制造技术的研发及产业化应用,抢占战略制高点。 

2.国内情况

我国自20世纪90年代初就开始开展快速成型技术/增材制造技术的研究和应用。在国家自然科学基金委员会、科技部、工信部等多个部门的持续支持下,我国在设备制造、材料技术、软件开发、工业应用等方面开展了积极的探索,打下了良好的基础。随着近期国际关注的持续升温,此项技术也成为国内媒体、科研院所、企业、各地政府关注的热点,增材制造中心在全国许多高校遍地开花,产业蓬勃发展。2012年10月中国3D打印技术产业联盟成立;2013年3月中国首个3D打印研究院落户南京。

珠海,青岛、武汉、成都等城市也已经开始兴建增材制造产业园,并在资金、土地、配套政策上给予支持。与此同时,增材制造业也逐步被提升到国家战略层面。2013年中国工程院制定了《增材制造技术工程科技发展战略研究报告》;同年,科技部首次将增材制造纳入“国家高技术研究发展计划(863计划)和国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南”;工业和信息化部也正在酝酿增材制造的顶层设计和统筹规划,制定技术路线图和产业发展专项政策。

2013年12月,中共中央政治局委员、国务院副总理马凯到北京航空航天大学调研考察时指出,增材制造这项技术的成功研发,不仅会对我国传统工业的改造发挥巨大作用,同时也会对中国制造业的国际竞争产生深远影响。他强调,必须高度重视对高性能增材制造技术研究的支持和引导,坚持市场导向、企业主体和政府引导的产业发展方向,坚持创新驱动、产业引领和人才支撑等产业发展策略,突出抓好设备、材料和相关软件的科技攻关。 

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