歐盟及亞洲3D打印發(fā)展戰(zhàn)略概覽

歐盟及亞洲3D打印發(fā)展戰(zhàn)略概覽

于灝一、歐盟1.政策概要歐盟在3D打印方面的布局和美國類似，于2004年開始搭建3D打印創(chuàng)新中心——歐洲3D打印技術平臺（TheEuropeanAdditiveManufacturingTechnologyPlatform，AMPlatform）。目前，平臺聯盟成員超過350名，橫跨歐盟26個國家，其中72%的成員來自工業(yè)界，其余的成員來自于研究機構。AMPlatform的主要功能是提供3D打印發(fā)展的策略與需求分析研究，為歐盟執(zhí)委會政策及研發(fā)計劃的制定提供參考依據。該平臺和歐洲以外的3D打印相關組織如“快速成形協會國際聯盟（GlobalAllianceofRapidPrototypingAssociations，GARPA）”均保持良好合作關系。AMPlatform于2012-2014年發(fā)布了多版《3D打印戰(zhàn)略研究議程》報告，為整個歐盟3D打印的技術進步和產業(yè)發(fā)展提供了指導框架，并著力推動3D打印成為一個可以長期推動歐洲經濟發(fā)展的關鍵技術。歐洲航天局（ESA）也正在積極探索3D打印在太空的應用。2012年，ESA進行了一項“針對太空應用的通用零部件加工-復制工廠”的研究，著重使用高分子和金屬材料開發(fā)國際空間站所需的可替換部件。ESA同時還支持了“月球表面棲息地原位3D打印”項目，與此同時美國也正在開發(fā)類似的技術。此外，意大利航天局（ASI）還支持一個太空3D打印項目，并于2015年向國際空間站運送了一臺熔融沉積成型（FDM）太空3D打印機。2.技術開發(fā)概要20世紀80年代，歐盟在3D打印技術出現之初就開始在“第一框架計劃（FP）”中布局了相關工作。30年以來，歐盟通過各種計劃對3D打印進行持續(xù)支持，推動其在各領域的應用發(fā)展。美國戰(zhàn)略性布局3D打印以后，歐盟在2013年通過“第七框架計劃（FP7）”投入大量經費，進行大范圍部署。1991-2013年間，歐盟通過多個“框架計劃”共設立了88個3D打印相關項目，其中FP7布局61個項目，支持經費1.60億歐元，總投入達到2.25億歐元。這其中將近30%的項目是進行3D打印材料的開發(fā)，涉及金屬、高分子、生物、無機非金屬和其他材料。其余70%的項目用于技術和應用的發(fā)展，領域覆蓋健康、一般工業(yè)、航空航天、電子產品和消費品等（見表1）。代表性的項目包括PERFORMANCEFP7項目（食物供應鏈）、NANOMASTERFP7項目（材料）、REPAIRFP7項目（航空工業(yè)）、ARTIVASC3DFP7項目（生物醫(yī)用材料）、MANSYSandMERLINFP7項目（生產技術）、DIGINOVAFP7項目（數字化制造）。歐盟在后續(xù)的“地平線2020”計劃中，也將繼續(xù)支持3D打印。新計劃中將重點關注技術成熟度中的“死亡谷”地帶，即3D打印技術TRL4-7階段的發(fā)展，將針對不同領域的專業(yè)化需求進行布局，從而推動3D打印整體的快速發(fā)展，這與“美國國家增材制造中心”的發(fā)展思路不謀而合。歐盟在進行資金投入的同時，也開展了路線圖的研究工作。AMPlatform先后制定了歐盟3D打印的技術路線圖、產業(yè)路線圖和標準路線圖（圖1-3）。該圖不僅體現了歐盟3D打印技術發(fā)展的需求，同時也反映出這項技術對歐盟未來經濟、社會和環(huán)境發(fā)展所帶來的積極作用。對于歐盟未來的3D打印技術和產業(yè)發(fā)展來說，工業(yè)界的參與是至關重要的，這將直接影響這項技術的發(fā)展活力和今后在不同領域的滲透程度。因此，歐盟的項目資金將用于扶持工業(yè)界和學術界在3D打印領域的發(fā)展和合作，以及技術的突破、轉移和專業(yè)機構的培育。另一個重要的部分是3D打印的標準化工作，其對于歐盟3D打印產品的質量提高、工藝成熟和相關服務的完善都起到了重要的作用，將推動這項技術在歐洲快速的商業(yè)化。雖然歐盟在3D打印領域已經投入了很多的資金，但依據AMPlatform制定的技術路線圖，歐盟還需要加大投入已維持現有的全球3D打印主要引領者的地位，否則其他經濟體如中國將有可能在未來實現趕超、搶占歐盟在此領域的地位。3.各成員國情況英國認為3D打印對于提升英國高附加值制造業(yè)競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義，因此在《英國未來高附加值技術展望》報告中將其列為應對未來挑戰(zhàn)急需發(fā)展的22項先進技術之一。隨后，英國技術戰(zhàn)略委員會（TechnologyStrategyBroad，TSB）發(fā)布的新版《高附加值制造業(yè)戰(zhàn)略2012-2015》又將3D打印的重要性進一步提升。2007-2016年，英國在3D打印領域的投入將達到9560萬英鎊，其中8000萬英鎊被用于科學研究，1560萬英鎊用于技術轉移。此項投入支持的范圍從3D打印的模型設計一直到終端的產品制造，并通過企業(yè)主導的研究，推動3D技術的成熟和推廣。在各應用領域中，航空航天的投入比例最高，達到3350萬英鎊。其中政府直接投資為1300萬英鎊，拉動社會投資2050萬英鎊。在醫(yī)療健康、汽車和消費領域的投資則分別達到1450萬、1000萬和1000萬英鎊。此外，英國在還諾丁漢、謝菲爾德、拉夫堡、埃塞克斯等大學成立了3D打印研究中心，并設立“英國3D打印特別興趣小組（AdditiveManufacturingSpecialInterestGroup，AMSIG）”。德國作為傳統制造業(yè)強國于2008年成立“直接制造研究中心（Directmanufacturingresearchcenter，DMRC）”，總部設在帕德博恩大學，合作伙伴包括波音、西門子、EOS、3DSystems、Stratasys、SLMsolutions等多家知名公司。該中心旨在聯合工業(yè)界和學術界共同促進德國3D打印技術的發(fā)展。同時，DMRC還進行了領域研究，出具了一系列重量級研究報告，包括2013年發(fā)布的《超前思維3D打印的未來-需求創(chuàng)新路線圖》，以及2011年和2012年發(fā)布的《超前思維3D打印的未來-工業(yè)前景分析》《超前思維3D打印的未來-未來應用》報告。這些研究報告進一步明確了3D打印的前景應用領域，包括航空航天，汽車和電子等。西班牙方面，“西班牙快速制造協會”已經組建了一個創(chuàng)新工作組（AEI-DIRECTMAN），將國內大部分3D打印相關機構和單位納入其中。在工業(yè)領域，3D打印的研發(fā)活動主要由社會資本主導，Ascamm技術中心、AIMME金屬加工技術研究所等機構引領了西班牙3D打印的發(fā)展。同時，從事個人3D打印機開發(fā)的創(chuàng)新公司也相繼成立，開展相關設備及應用的開發(fā)，組織周邊商業(yè)活動。一些地方政府也非常積極，包括加泰羅尼亞、阿拉貢、阿斯圖里亞斯等多個地區(qū)參與了歐盟“面向精明專業(yè)化的研究和創(chuàng)新戰(zhàn)略（RIS3）”計劃，推動當地3D打印的發(fā)展。法國方面，“法國快速原型協會”在3D打印的標準化方面，做了很多的工作，已經完成3項標準的制定，涉及3D打印術語，粉末技術規(guī)范，以及制件規(guī)范。葡萄牙方面，3D打印方面的研究得到了葡萄牙科學技術基金、葡萄牙創(chuàng)新促進中心以及工業(yè)界的大力支持。同時，“葡萄牙3D打印創(chuàng)新中心（PAMI）”也宣布成立，將參與制定葡萄牙國家基礎研究路線圖。荷蘭方面，3D打印技術已經成為產品開發(fā)過程中的重要部分。荷蘭研究中心TNO已經與其工業(yè)合作伙伴共同啟動了“彭羅斯共享研究計劃”，開發(fā)下一代3D打印設備以及工業(yè)產品。比利時方面，佛蘭德斯地區(qū)的“3D打印結構工程材料”發(fā)展計劃開始實施，并于2014年啟動了3個項目，發(fā)展高分子激光燒結和金屬選擇性激光熔化工藝。該計劃包含了比利時多所研究機構、大學和企業(yè)。同時，3D打印領域的教育培訓活動也正在開展，輔助傳播推廣這項先進制造技術。二、亞洲地區(qū)1.日本日本政府在2014年投入40億日元，由經濟產業(yè)省組織實施“以3D打印為核心的制造革命計劃”。該計劃分為2個主題，預算規(guī)模上限分別為32億元日元和5.5億元日元?！靶乱淮髽I(yè)級3D打印機技術開發(fā)”主題以金屬材料3D打印機為對象，而“超精密3D成型系統技術開發(fā)”主題以砂模材料3D打印機為對象?！靶乱淮髽I(yè)級3D打印機技術開發(fā)”項目將對電子束和激光束2種能量源工藝進行研究，最終的目的是開發(fā)快速高精度金屬3D打印機，即到2018年末實現打印速度提高10倍，精度提高5倍，力爭在2020年投入實用（見表2）?！俺?D成型系統技術開發(fā)”則是實現快速低成本砂模3D打印，通過提高成型速度和最大成型尺寸來提升生產效率，同時降低裝置的價格，降低鑄模制造成本，最終提升砂模3D打印競爭力（見表3）。該項目除了3D打印設備的研制外，還包括后處理自動化設備和新型粉末材料的開發(fā)。前者將研制鈦系和新材料合金以外的粒徑小于20μm的金屬粉末，后者則開發(fā)用于鑄造高熔點金屬的人工砂和粘合劑，并研究混合沉積不同砂子的方法。2.韓國2014年11月，韓國發(fā)布了一個長達10年的3D打印戰(zhàn)略規(guī)劃，以推動和發(fā)展3D打印技術，使之成為新興增長市場，并幫助制造業(yè)部門實現轉型。根據該路線圖，政府未來10年的重點工作將聚焦于10大領域，涉及8大產品領域，包括醫(yī)療、模具、文化、國防、電力電子、汽車、航空和能源，以及2個服務領域設計和銷售。在技術發(fā)展方面，該規(guī)劃包括裝備、材料、軟件等方面的15項重點戰(zhàn)略技術。該路線圖將成為韓國政府布局3D打印項目的依據和指導。2012年，韓國的3D產業(yè)產值約為2900萬美元，僅占全球2.3%的市場份額。韓國希望該計劃將促進3D行業(yè)的發(fā)展，到2020年，全球市場份額可以提升至15%。韓國科學、信息通信技術和未來規(guī)劃部（MSIP）還計劃到2017年為5885所學校和227所圖書館提供3D打印機，并在2020年前讓1000萬韓國民眾用上3D打印機。3.中國臺灣地區(qū)2014年4月，中國臺灣地區(qū)科學技術管理部門宣布了一項為期3年的3D打印發(fā)展計劃，同年8月在《3D打印科技的發(fā)展及推動》的報告中稱，計劃未來4年將投入10億新臺幣（約2億人民幣）支持13個研究計劃。重點是以應用為向導、著重布局3D打印設備、軟件和材料的開發(fā)，并推動數據庫的建立，計劃在2018年前，培養(yǎng)百萬名3D打印應用與文創(chuàng)人才，包括3D打印設計師與繪圖人才，建成從關鍵部件、材料到軟件技術完全自主的3D打印產業(yè)集群，掌握全球3D打印30%的產能，建立世界級的創(chuàng)意設計與中華文化巨量信息圖庫。4.新加坡2013年11月，新加坡科學局（A*STAR）推出了一項總投資達1500萬新元的3D打印發(fā)展計劃，發(fā)展3D打印6項工藝技術，包括激光輔助3D打?。↙AAM）、選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔煉（EBM）、多孔打印、選擇性激光燒結（SLS）和光固化（SLA）。該計劃由A*STAR下屬的制造技術研究院（SIMTECH）牽頭，南洋理工大學（NTU）、材料與工程研究所（IMRE）和高性能計算研究所（IHPC）參與合作。該計劃的目的是為了支撐新加坡制造業(yè)領域的發(fā)展，特別是航空、汽車、石油天然氣、海洋和精密工程業(yè)等高技術制造業(yè)，2012年這些領域的產值占到新加坡國內生產總值的20%。2014年5月，由新加坡南洋理工大學（NTU）投資3000萬新元建立的“南洋理工增材制造中心（NAMC）”正式成立。該中心還與德國SLMSolutions簽署了聯合實驗室建設協議，開發(fā)下一代3D打印機。三、中國2015年伊始，中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、財政部正式發(fā)布《國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》，從國家戰(zhàn)略高度提出3D打印的發(fā)展方向和目標。該計劃將針對3D打印產業(yè)鏈中各關鍵環(huán)節(jié)如材料、工藝、設備和標準中的核心技術瓶頸進行布局，實現技術和產品上的快速發(fā)展。同時，該計劃還將通過需求牽引與創(chuàng)新驅動相結合，3D打印技術和傳統制造技術相結合等方式，來推進中國國3D打印產業(yè)健康有序發(fā)展。與歐美國家3D打印戰(zhàn)略計劃相比，該計劃更加突出了政府引導和技術創(chuàng)新的牽引作用，這將為中國追趕歐美3D打印的領軍地位提供強大的保障。該計劃提出到2016年，初步建立較為完善的3D打印產業(yè)體系，整體技術水平保持與國際同步，在航空航天等直接制造領域達到國際先進水平，在國際市場上占有較大的市場份額。技術水平方面，部分工藝裝備達到國際先進水平，初步掌握3D打印材料、工藝軟件及關鍵零部件等重要環(huán)節(jié)的關鍵技術。應用方面，3D打印成為航空航天等高端裝備制造及修復領域的重要技術手段，初步成為產品研發(fā)設計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產品的實現手段以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具。產業(yè)方面，3D打印產業(yè)銷售收入實現快速增長，年均增長速度30%以上，形成2～3家具有較強國際競爭力的企業(yè)。支撐體系建設方面，成立行業(yè)協會，建立5～6家3D打印創(chuàng)新中心，形成較為完善的產業(yè)標準體系。具體的推進計劃涵蓋5個方面。①材料方面：將著力突破航空航天、生物醫(yī)藥、工業(yè)產品設計開發(fā)所用的金屬、醫(yī)用、無機非金屬材料，實現鈦合金、高強鋼、部分耐高溫高強度工程塑料等專用材料的自主生產。②工藝方面：將搭建技術研發(fā)平臺提升以激光選區(qū)熔化（SLM）、光固化成形（SLA）、熔融沉積成形（FDM）為代表的9種工藝的技術水平，以及數字建模、工藝控制等軟件的開發(fā)，實現金屬構件成形的高效、熱應力控制及變形開裂預防