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3D打印(又稱“增材制造”)問世于上世紀八十年代,近年在航空航天、工業制造、生物醫療、建筑工程、個人化定制等領域廣泛應用。專家認為,3D打印有巨大的市場潛力,但目前仍處于起步階段,發展面臨諸多困難。
經濟增長點
在華中科技大學快速制造中心,有一臺“3D打印機”,只要把零件的三維數據輸入電腦,按下“打印”鍵,激光就能選擇性地將原材料燒結成各種物品,包括復雜的工業零部件、生活中的鍋碗瓢盆……
“3D打印作為先進制造技術之一,是一項革命性新型制造技術,它改變了通過對原材料進行切削、組裝進行生產的加工模式,實現了隨時、隨地、按不同需求進行生產。”工信部副部長蘇波說,“3D打印將深刻影響制造業的未來,成為未來新的經濟增長點。”
與傳統生產方式相比,3D打印技術有很多優勢。中國科學院院士盧秉恒介紹說,3D打印具有制造物體周期需求短、適應單件個性化需求的優點,在大型薄壁件、蜂窩狀復雜結構部件、鈦合金等難加工、易熱成形零件制造方面有較大優勢。
以往制作復雜結構的大型制件,通常采用分段成形、拼接成整體的方法,不但生產周期長,成本也高,制件連接處的強度也較差,而3D打印機能輕松解決上述問題。美國德雷賽爾大學教授周功耀分析認為,利用計算機進行設計,簡化制造過程,提高效率,降低生產成本,也極大減少材料的浪費,3D打印技術可以節約至少50%的材料。
由于優勢明顯,3D打印技術受到全球各國重視。來自美國德克薩斯州大學的大衛·柏瑞爾介紹說,2012年奧巴馬總統針對美國制造業提出了一系列發展方案,將3D打印列為11項重要技術之一,并聯合研發機構、高等院校、制造商,建立了國家3D打印研究所,引進大量人才從事研發生產工作。
相關統計顯示,3D打印技術誕生以來,3D打印設備和服務平均年增長率大。
大衛·柏瑞爾認為,3D打印不是一種獨立、分散的工藝,它能融入已有的生產工藝,必將促進航空、國防等領域的戰略性發展。
家庭玩具制造領域也是3D打印技術發展的重要方向。但目前3D打印占全球制造業市場極小。
盧秉恒認為,3D打印制造設備的數量比例在一定程度上表現了國家的經濟活力與創新能力。
面臨發展瓶頸
3D打印是極深極廣的綜合科學技術,它的制造應用和產品涉及到科學知識的許多方面,因此,3D打印不可避免遭遇諸多瓶頸,在產業化上面臨巨大挑戰。
周功耀分析認為,3D打印是一個數字計算機化、智能化、全自動化制造系統,因此,它的研發及制造,亟需自動控制及加工制造的軟件控制系統,以及高精度、高速度、高效率的硬件。與此同時,包括目前精度無法達到精密儀器要求、機器本身造價高、生物醫療產品的生物相容性和知識產權在內的諸多問題也急需解決。
盧秉恒說,由于涉及3D打印的材料研發難度大等原因,導致制造成本較高,制造效率不高,制造精度相當于鑄型,所以尚不能令人滿意。“雖然3D打印技術在重工業零部件制造方面得到一定應用,但總體而言,工藝與裝備研發不充分,尚未進入大規模工業應用。”
我國從上世紀九十年代起研發3D打印技術。目前,西安交通大學、華中科技大學、清華大學、北京隆源公司等高校、研究機構以及相關企業,已經取得不錯的研究成果。比如,研發出光固化、金屬熔敷、生物制造、陶瓷成形、激光燒結、金屬燒結、生物制造等類型的3D打印裝備和材料。
對我國而言,3D打印產業雖然發展迅速,但仍面臨缺乏宏觀規劃和引導、研發投入不足、產業鏈缺乏統籌發展、缺乏教育培訓和社會推廣等問題。
據了解,我國雖已有幾家企業能自主制造3D打印設備,但企業規模普遍較小,研發力量顯得不足。比如,針對加工流程穩定性、部分特種材料的制備技術等具體環節,還存在較大缺陷,難以完全滿足產品制造的需求。
目前,國內的3D打印企業仍處于“單打獨斗”的初步發展階段,產業整合度較低,主導的技術標準、開發平臺尚未確立,技術研發和推廣應用還處于無序狀態。
此外,因為3D打印并未得到全面推廣,所以人們還不能對其產生較為深刻的認識。比如,在機械、材料、信息技術等工程學科的教學課程體系中,就缺乏與3D打印相關的必修課環節。
推動產業化
蘇波認為,把握3D打印技術的研發及應用趨勢,對提升我國制造業的自主創新能力,對我國在數字化制造、智能制造方面取得發展主動權,加快推進工業轉型升級和經濟發展方式的轉變,具有重要意義。
專家認為,3D打印釋放潛力亟需政策扶持,抓住機遇,加強頂層設計和統籌規劃,將3D打印技術定位為生產性服務業、文化創意、工業設計、先進制造的關鍵技術和共性技術,將3D打印產業納入優先發展產業及產品目錄。有關部門需要聯手在財稅金融政策上,鼓勵企業投資、研發、生產和應用3D打印,支持3D打印設備的進出口。
“中國必須要有自己的核心技術,擁有自主知識產權的產品才能在國際上站穩。”盧秉恒說,“對待3D打印要有科學的態度,政府應制定技術發展路線圖,建立協同創新的運行機制,加強交叉學科建設,利用國家基金、973、863、重大專項等力量,有效支持3D打印技術。
蘇波認為,為加快推動我國3D打印技術研發和產業化,近期需要做好以下三個方面的工作:
一是加強頂層設計和統籌規劃。要組織研究制定3D打印技術路線圖、3D打印業中長期發展戰略,推動完善3D打印技術規范與標準制訂,促進增材技術發展的市場平臺建設,促進產業健康可持續發展。
二是加大財稅政策引導力度。要充分利用現有政策渠道,加大對3D打印技術研發和產業化的支持力度。研究制定支持3D打印產業發展的財稅支持政策,推動設立3D打印產業創新發展專項資金,探索相關稅收優惠政策。
三是適時籌建3D打印行業組織。要加大宣傳力度,凝聚行業力量,反映行業訴求,積極組織行業力量開展產業政策研究和標準制定,籌建產學研用相結合的產需對接平臺,打通上下游產業鏈,推動3D打印技術研發和產業化。
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