2016年世界及中國(guó)增材制造(3D打印)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究及趨勢(shì)分析課件

1、4產(chǎn)業(yè)研霽期E5l|lH4Ml?g hruarek liajvmanwv liJ網(wǎng)址:產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)國(guó)增材制造（3D打?。┬袠I(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究及趨勢(shì)分析一、增材制造發(fā)展的背景環(huán)境自 2008 年國(guó)際金融危機(jī)以來(lái)，以美國(guó)、歐盟為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始積極尋找擺脫 經(jīng)濟(jì)危機(jī)的方法，并重新審視實(shí)體經(jīng)濟(jì)和虛擬經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系。這些發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，提出“再工業(yè)化”概念，希望通過(guò)重振制造業(yè)來(lái)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，保持發(fā)達(dá)國(guó)家在 核心科技領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，重塑?chē)?guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。以美國(guó)為例，2009 年以來(lái)先后制定出臺(tái)了重振美國(guó)制造業(yè)框架、制造業(yè)促進(jìn)法案、先進(jìn)制造伙伴（AMP ）計(jì)劃和先進(jìn)制造業(yè)國(guó) 家戰(zhàn)略計(jì)劃

2、，從國(guó)家戰(zhàn)略層面提出加快創(chuàng)新、促進(jìn)美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的具體建議和措施。2012 年 3 月，奧巴馬宣布實(shí)施投資 10 億美元的“國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”計(jì)劃（NNMI），遴選出制造領(lǐng)域 15 項(xiàng)前沿性、前瞻性的制造技術(shù)，并建立制造業(yè)創(chuàng)新中心，全面提升美國(guó) 制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。同年 4 月，增材制造技術(shù)（也被稱(chēng)為3D 打?。┍淮_定為首個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新中心；8 月，總投入達(dá) 7000 萬(wàn)美元的國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心（National Additive ManufacturingInnovation Institute ）在俄亥俄州小城揚(yáng)斯頓市剪彩成立。作為首個(gè)“樣板示范”中心，國(guó)家 增材制造創(chuàng)新中心是由產(chǎn)業(yè)界、學(xué)

3、術(shù)界、聯(lián)邦政府及州政府三方成員共同組成的公一私合作 聯(lián)盟，致力于增材制造技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，并成為新技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)、示范、轉(zhuǎn)移和推廣的 基礎(chǔ)平臺(tái)。目前，中心成員已超過(guò) 84 家，其中包括波音、通用電氣、霍尼韋爾、3M、3DSystem、 Stratasys、阿勒格尼技術(shù)、拜耳材料科學(xué)等全球知名公司，卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)、阿克隆大學(xué)、MIT 林肯實(shí)驗(yàn)室等全球知名研究機(jī)構(gòu)，以及美國(guó)宇航局、能源部、教育部等美國(guó)政府部門(mén)。 由此可見(jiàn)，增材制造不單單被認(rèn)為是一項(xiàng)新興技術(shù)，它同其他先進(jìn)制造技術(shù)一起承載了美國(guó)重振制造業(yè)的希望，是美國(guó)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略的技術(shù)保障。奧巴馬總統(tǒng)在2013 年和2014 年的國(guó)情咨文

4、演說(shuō)中均談到了增材制造的重要性，他指出“3D 打印可以革新我們幾乎任何東西的制造方法”，“我們現(xiàn)在有機(jī)會(huì)在下一輪高技術(shù)制造業(yè)崗位競(jìng)爭(zhēng)中戰(zhàn)勝其他國(guó)家。 我們已經(jīng)在羅利和揚(yáng)斯敦開(kāi)始運(yùn)行高技術(shù)制造業(yè)中心（國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心），把商業(yè)和研究型大學(xué)聯(lián)系起來(lái)，幫助美國(guó)引領(lǐng)世界先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展?！彪S著美國(guó)政府強(qiáng)力推動(dòng)增材制造的發(fā)展，美國(guó)民間的制造商協(xié)會(huì)、咨詢(xún)公司、學(xué)者與媒體也紛紛發(fā)布報(bào)告或撰文，進(jìn)行輿論宣傳，營(yíng)造良好的社會(huì)環(huán)境。2012 年 3 月，美國(guó)國(guó)防部防務(wù)分析研究所（IDA ）發(fā)布了題為“增材制造業(yè)：現(xiàn)狀與機(jī)遇”的研究報(bào)告，全面介紹 了增材制造的現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展，面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，和政府應(yīng)發(fā)揮

5、的作用。同年4月，英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)人（The Econo mist）“第三次工業(yè)革命” （A third in dustrial revolution ）專(zhuān)刊，通過(guò) 7 篇短文對(duì)制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，認(rèn)為增材制造將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)、 實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命” 。8 月，高德納（Gartner）公司發(fā)布的高德納 2012 年新興技術(shù)炒作周期報(bào)告認(rèn)為綜合了數(shù)字建模、材料與化學(xué)、自動(dòng)化控制、信息技術(shù)等多方面知識(shí)的增材制造技術(shù)將徹底顛覆現(xiàn)有生產(chǎn)和商業(yè)模式。其制造方式跟打印數(shù)字相片相 似，允許客戶在家里面打印實(shí)體物件。結(jié)合 3D 掃描技術(shù)，將可通過(guò)智能手機(jī)掃描特定對(duì)象，然后打印出相近的復(fù)制

6、品。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)從技術(shù)萌芽期發(fā)展到期望膨脹期，與大數(shù)據(jù)一起成為當(dāng)今最受市場(chǎng)關(guān)注的新技術(shù)之一。而生物三維打印也將在10 年后達(dá)到期望膨脹期高點(diǎn)。網(wǎng)址:產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)產(chǎn)地t霽留摩l|hMiarlai ferMArak Jniviw-M短期內(nèi)大幅度的媒體曝光引爆了全球?qū)Υ思夹g(shù)的關(guān)注，使得增材制造在全球迅速升溫。繼美國(guó)之后，歐洲及其他國(guó)家也在積極推動(dòng)增材制造技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用推廣。英國(guó)、德國(guó)、加拿大、日本、澳大利亞、新加坡等國(guó)相繼開(kāi)始設(shè)立增材制造技術(shù)研究中心，建立大學(xué)、企業(yè)和 政府之間的增材制造聯(lián)盟，提供研究資金支持大型項(xiàng)目合作，制定增材制造路線圖及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)本國(guó)增材制造技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)

7、業(yè)化應(yīng)用，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。、發(fā)展增材制造的意義1、為什么增材制造受到設(shè)計(jì)者、制造者和消費(fèi)者的關(guān)注？增材制造是融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成形技術(shù)，以數(shù)字化模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將特制材料逐層堆積固化，制造出實(shí)體產(chǎn)品的制造技術(shù)。它與傳統(tǒng)的，對(duì)原材料進(jìn)行切削、組裝的加工模式不同，是通過(guò)材料累加的原理，從無(wú)到有地制造產(chǎn)品的 新型技術(shù)工藝。也正是由于增材制造的這種技術(shù)特點(diǎn)，使得它受到全球的廣泛關(guān)注，將有可能給傳統(tǒng)的制造業(yè)來(lái)帶一系列深刻的變革。第一，新的生產(chǎn)模式。作為一種“無(wú)需工具”的數(shù)字化制造技術(shù)，增材制造將有可能改 變某些產(chǎn)品的生產(chǎn)模式，給企業(yè)和消費(fèi)者帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。目前大

8、型工廠的生產(chǎn)需要眾多的機(jī)器、大量專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與加工技術(shù)人員才能實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于增材制造來(lái)說(shuō)， 設(shè)計(jì)師將不需在工廠工作，在家中就可以把設(shè)計(jì)好的數(shù)字化文件發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，客戶通過(guò)文件下載， 利用 3D打印機(jī)制造出符合需求的產(chǎn)品。這將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式的根本變革，從傳統(tǒng)制造業(yè)的批 量化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化制造轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄖ苹€(gè)性化、分布式制造。第二，新的設(shè)計(jì)理念。由于增材制造技術(shù)是通過(guò)層層堆積的方式來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，可以制造出形狀高度復(fù)雜的產(chǎn)品。這使得過(guò)去受到傳統(tǒng)加工方式的約束，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造變?yōu)榭赡?。這將大大簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)， 提高零部件的集成度，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。例如對(duì)于航 空航天領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)品的幾何形狀

9、來(lái)降低零部件重量，以此改進(jìn)強(qiáng)度-重量比，降低燃料消耗。還可以通過(guò)多種材料局部區(qū)域的組分調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)單一零件的多功能化（即零件的不同部位實(shí)現(xiàn)不同的力學(xué)性能），以滿足實(shí)際需求。同時(shí)，由于不涉及熔煉、鍛造、機(jī)加工等工序，增材制造可以使產(chǎn)品的研發(fā)周期縮短了30%-50%，明顯縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本與周期。第三，新的商業(yè)模式。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，增材制造與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)還將使得消費(fèi) 者直接參與到產(chǎn)品生命周期當(dāng)中，從最初的設(shè)計(jì)過(guò)程、到生產(chǎn)制造、再到后期產(chǎn)品的維修， 并借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化文件的共享和交易。這大大規(guī)避了傳統(tǒng)制造業(yè)和零售業(yè)的價(jià)值鏈，刺激了新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式、銷(xiāo)售商業(yè)模式和供應(yīng)鏈管理模式的產(chǎn)生，使相關(guān)企業(yè)

10、受益。消費(fèi)者的參與一方面將大幅度提升企業(yè)的創(chuàng)新能力與研發(fā)實(shí)力，使創(chuàng)新邊界得以延伸，另一方面使產(chǎn)品更容易適應(yīng)市場(chǎng)需求，降低業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。第四，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化產(chǎn)品制造。由于具有“自由設(shè)計(jì)”和“無(wú)需工具”的優(yōu)點(diǎn)，增材制造 將使得商業(yè)化個(gè)性制造成為可能，從運(yùn)用X 線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT ）和核磁共振成像（MRI ）掃描數(shù)據(jù)打印出百分百符合患者需求的植入物，到個(gè)性化的消費(fèi)品如鞋子、珠寶和產(chǎn)地t霽智摩l|iaflulHi Biuiirak產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)網(wǎng)址:家庭用品。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，利用增材制造技術(shù)還可以直接打印活體組織，制造出符合人體需求的人工器官，實(shí)現(xiàn)人工器官的再造將給現(xiàn)代醫(yī)學(xué)帶來(lái)一次革

11、命性的變革。第五，順應(yīng)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。相對(duì)于利用切削機(jī)床對(duì)毛坯進(jìn)行加工的“減材制造”，增材制造減少了原材料的使用量，降低了對(duì)自然資源和環(huán)境的壓力。此外，增材制造還可大大壓縮供應(yīng)鏈，使得傳統(tǒng)的離岸經(jīng)濟(jì)模式得以改變。它將允許在靠近消費(fèi)區(qū)域的地點(diǎn)進(jìn)行同步生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)分布式制造。這將顯著地削減將量產(chǎn)商品從生產(chǎn)地運(yùn)送到消費(fèi)地所消耗的大量 能源，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、環(huán)境和消費(fèi)者都頗具益處。2、增材制造可以給中國(guó)帶來(lái)什么?增材制造最初只是用于原型件制造，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始拓展到電子、汽車(chē)、醫(yī)療、工業(yè)及商用機(jī)器、航空航天等眾多行業(yè)。2012 年增材制造全球產(chǎn)值為22.04億美元，比 2011 年的 1

12、7.14 億美元增長(zhǎng) 28.6%。目前此技術(shù)的市場(chǎng)滲透率仍然不足8%。一部分原因是由于此項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)知度不足，但更重要的是此項(xiàng)技術(shù)目前還面臨一些技術(shù)瓶頸， 限制了其更大規(guī)模的應(yīng)用。如果可以突破這些瓶頸，那么此項(xiàng)技術(shù)的市場(chǎng)滲透率將達(dá)到92%，其產(chǎn)值將在 2020 年超過(guò) 1000 億美元。對(duì)比之下，目前全球航天產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值約為3300 億美元。由此可見(jiàn)，作為一種高附加值的制造業(yè)經(jīng)濟(jì)，增材制造將有可能成長(zhǎng)為一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，在中國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在航空航天、醫(yī)療器械和創(chuàng)意行業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了小規(guī)模應(yīng)用，并開(kāi)始向其他行業(yè)拓展。與之相關(guān)的儀器裝備、材料生產(chǎn)、軟 件開(kāi)發(fā)及創(chuàng)意設(shè)計(jì)等行

13、業(yè)也將迎來(lái)重大的市場(chǎng)機(jī)遇。除此之外，增材制造還具有其他方面的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。第一，增材制造可提升制造業(yè)發(fā)展水平，增強(qiáng)國(guó)家先進(jìn)制造技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。雖然我國(guó)制造業(yè)規(guī)模已經(jīng)位居世界第一，但總體上大而不強(qiáng)。 隨著制造業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，個(gè)性化需求逐漸增多，新的變革正在悄然到來(lái)。這意味著一些傳統(tǒng)工廠將逐漸消失，生產(chǎn)制造將從大型、復(fù)雜、昂貴、冗長(zhǎng)的工業(yè)過(guò)程中分離出來(lái)。部分高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)方式將像圓圈一 樣又繞回到了原點(diǎn)， 從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)回到個(gè)性化生產(chǎn)。生產(chǎn)目標(biāo)將不再是追求規(guī)模經(jīng)濟(jì)，而是更快更靈活的生產(chǎn)。這一轉(zhuǎn)變將有可能導(dǎo)致新興市場(chǎng)的一些生產(chǎn)崗位重新回到發(fā)達(dá)國(guó)家手 中。另外，增材制造和傳統(tǒng)制造工藝的結(jié)合將可促進(jìn)

14、產(chǎn)業(yè)升級(jí)。例如，機(jī)械零件制造所用的復(fù)雜模具就可以通過(guò)增材制造技術(shù)生產(chǎn)。德國(guó)EOS 通過(guò)此技術(shù)生產(chǎn)的一款產(chǎn)品，成本降低了近 85%，生產(chǎn)周期降低了 50%，有力的促進(jìn)了復(fù)雜磨具和機(jī)械零件制造技術(shù)的進(jìn)步。因 此，面對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)行的“制造業(yè)復(fù)興計(jì)劃”，積極發(fā)展以增材制造為代表的先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)，帶動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，是鞏固我國(guó)全球制造業(yè)第一大國(guó)地位的戰(zhàn)略需要。第二，增材制造可以降低貴重資源的消耗，實(shí)現(xiàn)稀缺材料和其他資源的高效利用。由于增材制造采用堆積方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造，超過(guò)90%的原材料可以回收再利用，此技術(shù)具有節(jié)料、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)。這對(duì)于一些大量應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)

15、濟(jì)和國(guó)防工業(yè)的稀缺資源來(lái)說(shuō)，具有 重要的戰(zhàn)產(chǎn)地t霽智摩l|iaflulHi Biuiirak產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)略意義。例如在航空航天領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)零件的高性能，需要大量使用鈦合金和鎳基網(wǎng)址:合金等昂貴的戰(zhàn)略材料。而這些材料的加工十分困難，傳統(tǒng)的鍛造工藝會(huì)切削產(chǎn)生大量難以 再利用的廢屑，造成巨大的原材料浪費(fèi)。如F22 戰(zhàn)機(jī)的鈦合金框重量為 144kg，但其原始鍛件質(zhì)量高達(dá)到 2980kg，材料利用率僅為 4.8%。運(yùn)用增材制造技術(shù)，可以把高性能金屬零件 的材料利用率大幅度提高，節(jié)約2/3 以上的昂貴原材料。第三，增材制造將在未來(lái)實(shí)現(xiàn)“活體”打印，催生生物醫(yī)療行業(yè)發(fā)生變革。增材制造技 術(shù)最具

16、開(kāi)創(chuàng)性、革命性意義的應(yīng)用是進(jìn)行人體組織的“活體”打印。目前，全球器官移植的 需求量巨大，僅美國(guó)就有 11.4 萬(wàn)人等待合適的器官配對(duì)，每年有超過(guò)6600 名患者在等待中過(guò)世。利用 3D 打印技術(shù)，則可以使用患者的細(xì)胞制作“活體組織”，用于器官移植解決此問(wèn)題。雖然道路十分漫長(zhǎng)，但前景非常令人期待。設(shè)計(jì)和制造有生命的人體組織，甚至是人體器官已經(jīng)成為生命科學(xué)前沿研究中的重點(diǎn)方向，其發(fā)展和應(yīng)用正在催生一個(gè)新的學(xué)科一一再生醫(yī)學(xué)。未來(lái) 20 年內(nèi)，再生醫(yī)學(xué)的年產(chǎn)值將突破5000 億美元，替代常規(guī)的生物材料成為生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)的主體。因此，發(fā)展增材制造不僅可以促進(jìn)我國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)快速健康的發(fā)展，而且對(duì)提高國(guó)

17、民健康水平也具有重大意義。第四，增材制造可激發(fā)的新型設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)方式和商業(yè)模式，將創(chuàng)造更加卓越的價(jià)值鏈體系形成。增材制造不僅是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，它還將對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)方式和商業(yè)模式產(chǎn)生沖擊， 使得制造和設(shè)計(jì)被整合成為“精益設(shè)計(jì)”模式。這不但會(huì)影響制造業(yè)本身，還將改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式和我們的生活方式。增材制造將使得制造過(guò)程的復(fù)雜性降至最低，而通過(guò)精益設(shè)計(jì)提高制造的靈活度將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。面向制造的設(shè)計(jì)與面向裝配的設(shè)計(jì)理念將逐步為人接受，并成為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新之道的模式。這種變化恰恰迎合了信息技術(shù)快速發(fā)展的趨勢(shì)，如iTunes 等數(shù)碼產(chǎn)品的興起盤(pán)活了傳統(tǒng)的音樂(lè)和影視產(chǎn)業(yè)，淘寶等電子商

18、務(wù)的崛起激活了大眾消費(fèi)潛能釋放一樣，增材制造將有可能實(shí)現(xiàn)大量現(xiàn)有產(chǎn)品的數(shù)字化文件（3D 模型文件）授權(quán)和交易。未來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的愈發(fā)普及，人聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)的大融合所產(chǎn)生的“智慧工廠”將取代傳統(tǒng)封閉性的制造 模式，即充分利用信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制造的智能化。 這不僅僅可以使公司內(nèi)部人員得到解放，將精力投入到創(chuàng)新和增值業(yè)務(wù)上去，還可通過(guò)遠(yuǎn)程合作來(lái)實(shí)現(xiàn)眾包（crowdsource ）創(chuàng)意資源的最大化利用，使得公司可以從一個(gè)更大的視野看待產(chǎn)品研發(fā)。 這種模式將釋放整個(gè)社會(huì)的智慧，通過(guò)協(xié)同制造、全面參與構(gòu)建兼具個(gè)性化和數(shù)值化的產(chǎn)品與服務(wù)，催生出新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式，演化出更加靈活

19、和富有活力的商業(yè)模式，重組產(chǎn)業(yè)鏈分工、創(chuàng)造新的盈利模式和價(jià)值鏈體系。對(duì)我國(guó)制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，順應(yīng)信息化下制造方式的轉(zhuǎn)變，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變將變得尤為重 要。三、增材制造發(fā)展現(xiàn)狀1、技術(shù)工藝現(xiàn)狀自增材制造技術(shù)誕生以來(lái)，已經(jīng)有十幾種新工藝和新系統(tǒng)及設(shè)備先后面世。根據(jù)2012產(chǎn)地t霽智摩l|iaflulHi Biuiirak產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)年 1 月美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM ）增材制造技術(shù)委員會(huì) F42 頒布的標(biāo)準(zhǔn)一一“增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)用語(yǔ)(ASTMF2792-12 ) ”，這種工藝被簡(jiǎn)潔地定義為：“基于 3-D 模型數(shù)據(jù)，通常采用與減式制造技術(shù)相

20、反的逐層疊加的方式，結(jié)合材料來(lái)生產(chǎn)物品的過(guò)程”。按照其工藝特點(diǎn)，增材制造可分為7 大類(lèi)，分別為粉末床熔合、定向能量沉積、材料噴射、 粘結(jié)劑噴射、 材料擠出、 容器內(nèi)光聚合和片層壓。 在此基礎(chǔ)上， 英國(guó)增材制造特別興趣 小組(AMSIG )又對(duì) 7 大工藝進(jìn)行細(xì)化，整理出 10 余種分支工藝。表 1 總結(jié)了增材制造各 工藝的整體情況，包括各工藝的基本描述、面向的市場(chǎng)、所采用的材料體系、包含的分支工藝和相關(guān)的代表企業(yè)及院校。從市場(chǎng)的角度來(lái)說(shuō)，增材制造可用于樣品原型制造、模具制造、 直接零部件制造、零部件維護(hù)及修理等領(lǐng)域。樣品原型制造是增材制造最早進(jìn)入的市場(chǎng)，被用于評(píng)估和優(yōu)化模型的尺寸、結(jié)構(gòu)和功能等

21、方面設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品達(dá)到最佳性能。對(duì)于模具制造 來(lái)說(shuō)，熔模鑄造和砂型鑄件已開(kāi)始通過(guò)增材制造進(jìn)行生產(chǎn)，這種技術(shù)還可以用于硅膠模具和氨酯鑄件等生產(chǎn)。直接零部件制造則是增材制造發(fā)展最快的一個(gè)領(lǐng)域，由于可以直接用于生產(chǎn)最終產(chǎn)品，該領(lǐng)域在增材制造應(yīng)用市場(chǎng)中所占的比重已經(jīng)上升到第1 位。增材制造還越來(lái)越多的用于零部件的維護(hù)和修理，特別是當(dāng)所用零件非常昂貴的時(shí)候。這種技術(shù)可以用來(lái)修復(fù)只有小部分損壞的大部件，由于其修復(fù)所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力很小，非常適用于對(duì)熱變形高度敏感的部件。對(duì)于不同的增材制造工藝，其適用的市場(chǎng)也有所區(qū)別。其中，大部分工藝普遍應(yīng)用于模型制造，而對(duì)于直接零部件制造、 零部件維護(hù)及修理來(lái)說(shuō)，需選用所對(duì)應(yīng)

22、的專(zhuān)用技術(shù)工藝。2、應(yīng)用現(xiàn)狀由于增材制造的一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)近年來(lái)已在航空航天、醫(yī)療、 文化創(chuàng)意、消費(fèi)電子產(chǎn)品、軍工等眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。根據(jù) 7 大技術(shù)工藝及所用材料體系，對(duì)國(guó)際上已經(jīng)出 現(xiàn)的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析。從表中可以看出，每一種工藝都各有所長(zhǎng)，所適用的應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。在選用不同工藝時(shí)，主要的考慮因素包括工藝的生產(chǎn)速度、可用的材料種類(lèi)、產(chǎn)品的尺寸限制、產(chǎn)品的表面光滑度和精密度、產(chǎn)品的力學(xué)性能、機(jī)器及材料的成本、 操作的方便性和安全性等。比如，定向能量沉積工藝可生產(chǎn)高性能的金屬部件，在高端工程領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。對(duì)比之下，粘結(jié)劑噴射工藝和材料擠出工藝則可以生產(chǎn)保真度很高的組件，

23、主要用于樣品原型制造和工藝品生產(chǎn)，但由于產(chǎn)品的機(jī)械性能較差，不適合航空航天等領(lǐng)域。粉末床熔合工藝的應(yīng)用則最為廣泛，此工藝可使用金屬和高分子體系，在增材制造涉及的大部分領(lǐng)域進(jìn)行使用。在諸多領(lǐng)域中，航空航天、生物醫(yī)療和創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的增材制造技術(shù)應(yīng)用發(fā)展最為快速， 表 3 列出了部分典型應(yīng)用實(shí)例。對(duì)于航空航天領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，增材制造由于其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)， 可滿足高精度、復(fù)雜形狀、小批量的生產(chǎn)要求，正在成為此領(lǐng)域中廣泛使用的技術(shù)。波音公 司已經(jīng)制造出大約 2 萬(wàn)多增材制造零部件，用于商業(yè)和軍用飛機(jī)上面。其中，32 種部件用于波音 787 夢(mèng)想客機(jī)中?？湛凸緞t正在進(jìn)行一系列增材制造產(chǎn)品的檢驗(yàn)測(cè)試，包括減重的

24、起落架、機(jī)艙和冷卻系統(tǒng)等。生物醫(yī)療領(lǐng)域則是增材制造技術(shù)應(yīng)用的另一重要領(lǐng)域，已成功應(yīng)用的產(chǎn)品包括顱骨植入物、髖關(guān)節(jié)置換物、牙冠、體外模型等。預(yù)計(jì)全球使用3D 打印的l|lH4Ml?g hruarek liajvmanwv liJ網(wǎng)址:產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)矯正骨骼植入物患者已經(jīng)超過(guò)3 萬(wàn)人，僅瑞典 Arcam 公司就制作 2 萬(wàn)多個(gè)經(jīng)過(guò) FDA 批準(zhǔn)、網(wǎng)址:產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)產(chǎn)地t霽留摩l|hMiarlai ferMArak Jniviw-MCE 認(rèn)證的植入物；美國(guó) Invisalign 公司則已經(jīng)銷(xiāo)售了超過(guò) 200 萬(wàn)個(gè)透明 3D 打印定制牙套； 西門(mén)子等公司使用 3D 技術(shù)生產(chǎn)的

25、助聽(tīng)器也成為了產(chǎn)品的主流。此外，創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)方面的增材 制造也正在快速發(fā)展。除了逐步火熱起來(lái)的3D 打印人像模型、裝飾品、工藝品以外，增材制造技術(shù)還拓展到更多的產(chǎn)品創(chuàng)作上面。2013 年巴黎時(shí)裝周上推出了一款由比利時(shí)Materialise 公司利用 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)的時(shí)裝，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜幾何圖案和獨(dú)特材質(zhì)的完美結(jié)合。四、增材制造未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1、增材制造未來(lái)發(fā)展對(duì)各應(yīng)用領(lǐng)域的影響對(duì)于不同的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，短期內(nèi)增材制造技術(shù)還不足以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造方式。但隨著打印材料價(jià)格的下降，打印尺寸和速度的提升，增材制造技術(shù)在各應(yīng)用領(lǐng)域的滲透也將逐步 加深，人們會(huì)越來(lái)越多地使用到包含3D 打印的零部件產(chǎn)品，甚至是完全通

26、過(guò)3D 打印制造的產(chǎn)品。如WohlersReport2013報(bào)告展示的遠(yuǎn)景一樣， 我們所能看到的往往只是整個(gè)冰山 的一小部分，而海面下隱藏的巨大冰山才是尚待開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，也是增材制造未來(lái)的潛力所在。雖然我們還無(wú)法清晰的描述未來(lái)增材制造的全貌，但足以預(yù)期其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。海平面上方的冰川，代表了多年以來(lái)增材制造技術(shù)活躍的應(yīng)用領(lǐng)域，如原型件和模型的制造。而處于海平面下方附近的區(qū)域則是增材制造正在發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域，包括醫(yī)療植入器械、金屬航空部件的制造等。在更深的區(qū)域則是人們期望的人體器官“活體”打印和外太空 3D 打印。在未來(lái)，增材制造還能實(shí)現(xiàn)哪些不可思議的應(yīng)用，我們現(xiàn)在還不得而知，但這些未知領(lǐng)域的應(yīng)用將

27、是非常令人期待的。從細(xì)分領(lǐng)域的預(yù)期來(lái)看， 我們則可發(fā)現(xiàn)增材制造技術(shù)逐步滲透的方式有所區(qū)別，見(jiàn)圖 9。就航空航天和汽車(chē)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，增材制造將從局部零件制造發(fā)展到整體打印。相比較之下，生物醫(yī)療領(lǐng)域則將從“非活體”打印逐步進(jìn)階到“活體”打印。對(duì)于創(chuàng)意行業(yè)而言，增材制造 技術(shù)所帶來(lái)的沖擊并非制造方式的改變，而是創(chuàng)意設(shè)計(jì)模式的逐步改變。從更加宏觀的角度來(lái)看，增材制造對(duì)于通用制造、供應(yīng)鏈和商業(yè)的影響都可歸于模式的革新，即生產(chǎn)模式、供應(yīng)模式、商業(yè)模式的革新。這將意味著將有大量的新興中小企業(yè)將依靠新創(chuàng)意蓬勃發(fā)展，他們將有能力以最小的資金投入實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的迅速擴(kuò)大。這些具有敏捷性和極短產(chǎn)品上市周期的新公司，將成為未來(lái)

28、市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。而對(duì)于大型設(shè)計(jì)和制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，增材制造技術(shù)是IT 與制造業(yè)實(shí)現(xiàn)融合的機(jī)會(huì)。如上文所述，增材制造不僅僅是一種制造技術(shù)，更是一種數(shù) 字化技術(shù)。借助互聯(lián)網(wǎng)所形成的“信息物理系統(tǒng)”，它所具有的開(kāi)放型和大眾性，將為未來(lái)的創(chuàng)新搭建了廣闊的舞臺(tái)。正如美國(guó)航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室戰(zhàn)略中提到的：“IT ”的涵義從信息技術(shù)(in formati on tech no logy ) 轉(zhuǎn)變?yōu)楣餐瑒?chuàng)新(inno vate together )。2、增材制造未來(lái)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的沖擊雖然目前增材制造產(chǎn)業(yè)在全球所占的份額還很小，但其發(fā)展速度和潛在的增值能力是驚人的。至 U 2025 年，增材制造每年對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的影響將達(dá)到2300-5500 億美元。其中，高附加值 3D 打印產(chǎn)品的直接消費(fèi)對(duì)經(jīng)濟(jì)的沖擊最大，規(guī)模將達(dá)到 1000 億-3000 億美元。對(duì)于零部件生產(chǎn)和模具制造兩個(gè)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，其經(jīng)濟(jì)影響將分別達(dá)到1000 億-2000 億美元和 300 億網(wǎng)址:產(chǎn)業(yè)研究智庫(kù)-經(jīng)濟(jì)資訊平臺(tái)產(chǎn)業(yè)研霽智F5ta*wrti|BVM ra k LiiHiiBiwiB iodi-500 億美元。在上述兩個(gè)市場(chǎng)，預(yù)計(jì)通過(guò)使用增材制造技術(shù)，可減少產(chǎn)品制造過(guò)程中原材料的浪費(fèi)和預(yù)處理工序，節(jié)約生產(chǎn)升本40%-55%，產(chǎn)品的市場(chǎng)份額也將增加到30%-