3D打印技術(shù)成為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的一把新利器

在2016年柏林航空展上，空中客車公司（Airbus）推出了全球第一架3D打印飛機(jī)Thor。該飛機(jī)機(jī)身全長3.9米，重量僅約21千克（46磅），其中的非電子部分，諸如推進(jìn)器、起落裝置等均采用綿綸制造。在飛機(jī)制造應(yīng)用3D打印技術(shù)后，可以節(jié)約燃料，減少普通飛機(jī)制造所產(chǎn)生的垃圾，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。3D打印技術(shù)經(jīng)過20多年的發(fā)展，已先后進(jìn)入航天航空、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域，在降低成本、節(jié)約能源和創(chuàng)新制造方面發(fā)揮了巨大作用，未來其應(yīng)用范圍還會(huì)更加廣闊。

增材制造技術(shù)是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的新型制造技術(shù)。增材制造技術(shù)過去也被稱為“材料累加制造”、“快速原型”、“分層制造”、“實(shí)體自由制造”和“3D打印技術(shù)”等。廣義地講，以三維CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將材料（包括液體、粉材、線材或塊材等）自動(dòng)化地累加起來成為實(shí)體結(jié)構(gòu)的制造方法，都可視為增材制造技術(shù)。相對于以車銑刨磨為代表的減材制造和以鑄鍛焊為代表的增材制造技術(shù)，其發(fā)展時(shí)間短但潛力巨大。它從原理上解決了傳統(tǒng)制造技術(shù)受結(jié)構(gòu)復(fù)雜性制約的難題，實(shí)現(xiàn)從材料微觀組織到宏觀結(jié)構(gòu)的可控制造，引領(lǐng)制造技術(shù)向“設(shè)計(jì)—材料—制造”一體化方向發(fā)展。

增材制造的技術(shù)特點(diǎn)在于不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在一臺(tái)設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”，解決許多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形問題，并有效減少了加工工序，縮短了加工周期。其優(yōu)勢表現(xiàn)在：

①適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速制造，可制造傳統(tǒng)制造技術(shù)難加工（如自由曲面葉片、復(fù)雜內(nèi)流道等）甚至是無法加工（如立體柵格結(jié)構(gòu)、內(nèi)空結(jié)構(gòu)等）的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在航空航天、汽車/模具及生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

②傳統(tǒng)大規(guī)模、批量生產(chǎn)需要做大量的工藝技術(shù)準(zhǔn)備，以及大量的工裝、設(shè)備和刀具等制造資源準(zhǔn)備，增材制造技術(shù)在快速生產(chǎn)和靈活性方面極具優(yōu)勢，適合珠寶、人體器官、文化創(chuàng)意等個(gè)性化產(chǎn)品定制生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)，可大幅降低個(gè)性化、定制生產(chǎn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的制造成本。

③適合高附加值產(chǎn)品制造。目前，增材制造技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療等高附加值產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前的研發(fā)與設(shè)計(jì)驗(yàn)證以及個(gè)性化制造。

世界科技強(qiáng)國和新興國家都將增材制造技術(shù)作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點(diǎn)加以培育和支持，以搶占未來科技產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。2012年美國提出了“重振制造業(yè)”戰(zhàn)略，將增材制造列為第一個(gè)啟動(dòng)項(xiàng)目，成立了國家增材制造研究院（NAMII）。美國政府將增材制造技術(shù)作為國家制造業(yè)發(fā)展的首要戰(zhàn)略任務(wù)給予支持。歐盟國家認(rèn)識(shí)到增材制造技術(shù)對工業(yè)乃至整個(gè)國家發(fā)展的重要作用及巨大潛力，紛紛加大支持力度。德國政府在“高技術(shù)戰(zhàn)略2020”和“工業(yè)4.0”等綱領(lǐng)性文件中，明確支持包括激光增材制造在內(nèi)的新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。

澳大利亞政府倡導(dǎo)成立增材制造協(xié)同研究中心，促進(jìn)以終端客戶驅(qū)動(dòng)的協(xié)作研究。新加坡政府在2013年財(cái)政預(yù)算案中宣布，將5億美元的資金用于發(fā)展增材制造技術(shù)。日本政府在2014年預(yù)算案中劃撥了40億日元，由經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省組織實(shí)施以增材制造技術(shù)為核心的制造革命計(jì)劃。2014年6月，韓國政府宣布成立增材制造工業(yè)發(fā)展委員會(huì)，批準(zhǔn)了一份旨在使韓國在增材制造領(lǐng)域爭取領(lǐng)先位置的總體規(guī)劃。增材制造的發(fā)展正在帶動(dòng)世界新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)競爭。

2013年美國麥肯錫咨詢公司發(fā)布的《展望2025》報(bào)告中，將增材制造技術(shù)列入決定未來經(jīng)濟(jì)的12大顛覆技術(shù)之一。增材制造技術(shù)通過材料、激光、信息、工藝、裝備和應(yīng)用的交叉融合，突破制造工藝約束，向智能化、定制化、服務(wù)化方向拓展，解決傳統(tǒng)制造技術(shù)無法解決的復(fù)雜結(jié)構(gòu)快速制造問題。增材制造技術(shù)在航空航天、生物醫(yī)療、汽車、消費(fèi)電子、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域有巨大的發(fā)展空間，將給制造技術(shù)帶來革命性變革，成為創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的銳利工具。

增材制造技術(shù)為我國制造業(yè)發(fā)展和升級(jí)提供歷史性機(jī)遇。改革開放30年來，我國成為制造業(yè)大國。但是，制造業(yè)生產(chǎn)能力過剩、產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)能力嚴(yán)重不足，已經(jīng)成為制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。促進(jìn)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)是未來我們的核心任務(wù)，而增材制造技術(shù)恰好為創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)開辟了巨大空間。

增材制造技術(shù)為創(chuàng)新開拓了巨大空間。3D打印適合應(yīng)用于復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)、多品種小批量的制造，使設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)技術(shù)的約束，給創(chuàng)新設(shè)計(jì)釋放了巨大的空間，同時(shí)可提高新產(chǎn)品的研發(fā)速度。增材制造技術(shù)為創(chuàng)業(yè)提供了無限商機(jī)。增材制造帶來集散制造的嶄新模式，即通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化訂單、創(chuàng)客設(shè)計(jì)、制造設(shè)備這一生產(chǎn)模式，可以有效實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源的最大限度發(fā)揮，為全民創(chuàng)業(yè)提供技術(shù)支撐。


在促進(jìn)學(xué)科交叉革命性發(fā)展上，發(fā)展微型冶金實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)用于材料基因研究，創(chuàng)造新合金材料。通過細(xì)胞打印、組織工程、基因打印等手段，發(fā)展器官再造。通過建設(shè)干細(xì)胞試驗(yàn)臺(tái)，快速高效進(jìn)行干細(xì)胞誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)生命學(xué)科躍進(jìn)式發(fā)展。增材制造技術(shù)也為我國制造業(yè)發(fā)展和升級(jí)帶來重大機(jī)遇。我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸是制造業(yè)生產(chǎn)能力過剩而產(chǎn)品開發(fā)能力嚴(yán)重不足。將增材制造在各個(gè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，是發(fā)展高技術(shù)的服務(wù)業(yè)、調(diào)整制造業(yè)結(jié)構(gòu)和促進(jìn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的重要手段。

增材制造技術(shù)近年來無論是在基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面都取得了飛速發(fā)展。在基礎(chǔ)研究方面，新工藝、新原理、新材料和新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，4D打印、太空3D打印、電子3D打印、細(xì)胞3D打印、食品3D打印、建筑打印等新概念不斷出現(xiàn)，從傳統(tǒng)的制造業(yè)向社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展。2014年全球增材制造設(shè)備與服務(wù)增長35.2%，其中桌面3D打印機(jī)保持高速增長，增長率為92.5%。增材制造技術(shù)呈現(xiàn)出從工業(yè)品向消費(fèi)品發(fā)展的高速增長勢頭�；ヂ�(lián)網(wǎng)下萬眾創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)模式雛形已經(jīng)呈現(xiàn)。新材料與新工藝是增材制造技術(shù)保持活力并持續(xù)發(fā)展的核心動(dòng)力。隨著增材制造工藝的發(fā)展，其所使用材料從最開始的液態(tài)光敏樹脂，擴(kuò)展到種類繁多的工程塑料、金屬粉體材料，并且逐漸成熟，開展應(yīng)用。增材制造工藝的發(fā)展依托于能源、材料及其交互方式的創(chuàng)新，涉及機(jī)械、材料、物理、力學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域。未來，基于金屬材料、非金屬材料、生物材料等體系的增材制造工藝技術(shù)與裝備是發(fā)展和應(yīng)用的主要方向。

PEEK 材料定制化顱骨替代物

我國3D打印技術(shù)的起步時(shí)間僅比歐美晚3～5年，擁有幾支處于國際先進(jìn)水平的研究團(tuán)隊(duì)，他們都已經(jīng)致力于3D打印研究20多年。我國的3D打印技術(shù)中，高性能大型金屬激光直接制造技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，相關(guān)技術(shù)已應(yīng)用于新型飛機(jī)研制，顯著提高了我國飛機(jī)研制速度。我國率先在大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)和選區(qū)熔化設(shè)備中采用多光束掃描技術(shù)，取得顯著進(jìn)步。率先制造定制化骨替代物并應(yīng)用于臨床，在生物組織制造和醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面走在國際前列。在產(chǎn)業(yè)化方面，我國近年來增材制造相關(guān)企業(yè)迅猛發(fā)展，增材設(shè)備擁有量于2014年趕超德國，以9.2%列第3位，設(shè)備產(chǎn)量僅次于美國排第2位。但從國家整體水平來看，我們在創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建、資金投入、人才培養(yǎng)和社會(huì)普及方面與先進(jìn)國家還有很大的差距。在未來，需要在增材制造技術(shù)上繼續(xù)加大投入，通過增材制造技術(shù)服務(wù)促進(jìn)我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型，支撐我國從“制造大國”向“創(chuàng)造大國”轉(zhuǎn)變。

來源  3D金屬打印粉
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