北京推進(jìn)3D打印暨制造業(yè)未來發(fā)展重點的建議

-.z推進(jìn)“3D打印暨制造業(yè)未來開展重點〞的建議--------------------------------------------------------------------------------發(fā)布時間：2013年02月18日信息來源：市科委電裝處、生產(chǎn)力中心../sklm/new/Detail.asp*?id=2511一、國內(nèi)外現(xiàn)狀和開展趨勢〔一〕制造業(yè)現(xiàn)狀和未來開展趨勢和特點經(jīng)過多年的開展，制造業(yè)亟待升級和轉(zhuǎn)型。當(dāng)前，國際上“綠色制造、極端制造、相互融合的高新技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)的制造技術(shù)〞成為制造領(lǐng)域科技開展的趨勢和特點。數(shù)字化、智能化等新技術(shù)，深刻變革了制造業(yè)的生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)，是制造業(yè)開展和升級的核心技術(shù)。航空航天、汽車等高端制造領(lǐng)域，未來產(chǎn)品將采用全數(shù)字化設(shè)計，大大縮短研制周期。隨著人們個性化需求的不斷增強(qiáng)，未來制造業(yè)將在與生物工程、與藝術(shù)創(chuàng)造、與消費(fèi)者的結(jié)合等方面展現(xiàn)其獨特的內(nèi)涵。因此，三維打印〔以下簡稱3D打印〕、工業(yè)機(jī)器人、生物制造、微納制造等成為制造業(yè)未來開展的重點?！捕澄磥碇圃鞓I(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的描述第一階段：針對個性化的需求開展用戶工藝研究；第二階段：進(jìn)展數(shù)字化設(shè)計〔包括工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、工程設(shè)計等〕，確定總體方案；第三階段：進(jìn)展數(shù)字化、智能化制造〔涉及材料和加工手段〕。既包括數(shù)控等減量加工，三維打印等增材加工以及工業(yè)機(jī)器人等智能加工。第四階段：產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測、數(shù)字化物流、運(yùn)輸，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)*等。〔三〕國外情況2008年國際金融危機(jī)爆發(fā)以來，世界主要興旺國家紛紛實施再工業(yè)化戰(zhàn)略，美、德、英、日等相繼推出一系列重振制造業(yè)的重大舉措，力圖在高端制造業(yè)取得競爭優(yōu)勢。如：美國2009年制定?重振美國制造業(yè)框架?，通過了?制造業(yè)促進(jìn)法案?；2011年啟動了“先進(jìn)制造伙伴方案〞，發(fā)布振興制造業(yè)五年出口倍增方案；2012年再次制定了?先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略方案?，提出保持在先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域的國際領(lǐng)先和主導(dǎo)地位。同時，西方興旺國家振興制造業(yè)主要依靠科技創(chuàng)新，搶占國際產(chǎn)業(yè)競爭制高點，增強(qiáng)核心競爭力。1.3D打印美國?時代?周刊將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)〞，英國?經(jīng)濟(jì)學(xué)人?雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命〞。2011年6月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布一項新政策，并向3維打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國在制造業(yè)的領(lǐng)先地位。3D打印也叫快速原型〔Rapidprototyping，RP〕、自由成型制造〔Freeformfabrication〕或增材制造〔Additivemanufacturing〕，目前形成四種較成熟的工藝，即：光固化立體造型〔Stereolithographyapparatus，SLA〕、疊層物體制造(Laminatedobjectmanufacturing，LOM〕、選擇性激光燒結(jié)〔Stereolithographyapparatus，SLS〕和熔融沉積造型〔FusedDepositionmanufacturing，F(xiàn)DM〕。目前全球有兩家三維打印機(jī)巨頭。一家為納斯達(dá)克上市的美國Stratasys〔SSYS〕，剛剛收購了以色列Objet；另一巨頭是納斯達(dá)克掛牌的美國3DSystems，2012年初收購本國ZCorp和Vidar，進(jìn)一步穩(wěn)固其地位。SSYS和3DSystems創(chuàng)造著每年近2億美元的市場收入。前者客戶不乏寶馬、戴爾、英特爾、耐克等世界500強(qiáng)企業(yè)。德國Vo*ljet制造了大尺寸〔4m*2m*1m〕3D打印機(jī)。Cornell大學(xué)嘗試?yán)镁S打印機(jī)直接打印出食物；E*eter大學(xué)研究人員制造出以巧克力為原材料的3D打印機(jī)；哈佛大學(xué)的實驗室開發(fā)可以實現(xiàn)生物細(xì)胞打印的設(shè)備；德國FraunhoferInstitue利用3D打印技術(shù)打印血管；Organovo開場研究如何利用3D打印機(jī)來打印人體器官。紐約另一家利用3D技術(shù)生產(chǎn)消費(fèi)品的公司Quirky擁有20萬注冊用戶，用3D打印機(jī)以最快的速度成型，再上傳討論，最終確定方案后批量生產(chǎn)；而美國LegacyEffect公司利用3D打印機(jī)為電影特效片段制造3D模型和原型，為演員量身定制可完全適合演員的臉、頸部和頭部的道具，在電影?侏羅紀(jì)公園?、?阿凡達(dá)?及?鋼鐵俠?中都有應(yīng)用。2.工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較廣泛的是汽車及汽車零部件制造、機(jī)械加工、電子電氣、食品加工等領(lǐng)域。常見有弧焊機(jī)器人、點焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人及測量機(jī)器人等。工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線是自動化裝備的主流開展方向，可實現(xiàn)自動化、無人化，極大提升我國制造業(yè)技術(shù)水平。近年來，國外機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，開展迅猛，很多工業(yè)機(jī)器人已成為標(biāo)準(zhǔn)、通用設(shè)備在許多工業(yè)制造領(lǐng)域應(yīng)用，從而也形成了一批在國際上較有影響力的機(jī)器人企業(yè)。如：瑞典ABBRobotics是世界上最大的機(jī)器人制造公司，制造的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配、鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領(lǐng)域；日本安川電機(jī)公司〔YaskawaElectricCo.〕旗下?lián)碛蠱otoman美國、瑞典、德國及SyneticsSolutions美國公司等子公司，核心產(chǎn)品包括點焊和弧焊機(jī)器人、油漆和處理機(jī)器人、LCD玻璃板傳輸機(jī)器人和半導(dǎo)體晶片傳輸機(jī)器人等；日本FANUC公司是著名的數(shù)控設(shè)備和伺服系統(tǒng)的研制企業(yè)，包括兩大主要業(yè)務(wù)，一是工業(yè)機(jī)器人，二是工廠自動化。其工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，并可組成自動化工廠；德國KUKARoboterGmbh公司是世界頂級工業(yè)機(jī)器人制造商之一，工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量近1萬臺，至今已在全球安裝了6萬多臺工業(yè)機(jī)器人?！菜摹硣鴥?nèi)情況中國制造業(yè)開展迅速，尤其在數(shù)控機(jī)床、生物制造、微納制造、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域通過國家重大專項實施以及地方政府的扶持，取得了長足的進(jìn)步，但技術(shù)上長期處于跟隨狀態(tài)，自主創(chuàng)新能力還不強(qiáng)。制造業(yè)迫切需要升級和轉(zhuǎn)型，提升核心競爭力。1.3D打印3D打印技術(shù)在中國尚未普及，但產(chǎn)業(yè)鏈正在形成，開展異常迅速，近兩年增長尤其快，年增速均在50%以上。一些研發(fā)型企業(yè)、國防、航天、航空、汽車企業(yè)對3D打印機(jī)的需求較多，應(yīng)用于制造高端零部件產(chǎn)品，此外，醫(yī)療行業(yè)、食品行業(yè)、建筑行業(yè)、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)等對3D打印的需求也日益增強(qiáng)。近年來，航空航天大學(xué)、航空制造工藝研究所、華中科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、中科院**金屬所、**交通大學(xué)、**交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等單位開展了直接快速制造技術(shù)的研究。其中航空航天大學(xué)王華明教授、西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授已實現(xiàn)了大型飛機(jī)構(gòu)造件激光沉積直接制造；華南理工大學(xué)楊永強(qiáng)教授開發(fā)了激光選區(qū)熔化金屬粉末工藝及設(shè)備；清華大學(xué)林峰教授開發(fā)了電子束選區(qū)熔化金屬粉末工藝及設(shè)備和激光微熔覆沉積制造技術(shù)等；華中科技大學(xué)史玉升教授科研團(tuán)隊研發(fā)世界最大激光快速制造裝備〔3D打印機(jī)〕，采用基于粉末床的激光快速制造技術(shù)，入選2011年中國十大科技進(jìn)展；同濟(jì)大學(xué)開發(fā)了3D打印成形系統(tǒng)。此外，清華大學(xué)利用快速成形技術(shù)的根本原理，針對再生醫(yī)學(xué)和組織工程的需求，開發(fā)了低溫沉積成形技術(shù)和細(xì)胞三維受控組裝技術(shù)，形成了生物制造的核心技術(shù)。在金屬增材成形方面：中航天地激光科技**由中航重機(jī)、航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊和市政府共同投資成立，注冊資本1億元，主要從事激光增材制造裝備研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用，加工生產(chǎn)鈦合金、高強(qiáng)鋼等高性能金屬構(gòu)造件及成套機(jī)電設(shè)備、零部件等。**濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)**與華中科技大學(xué)快速制造中心聯(lián)合開展3D打印機(jī)產(chǎn)業(yè)化工作。公司已賣出200多套產(chǎn)品，一方面價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外產(chǎn)品，只有國外的1/4；同時可采用如金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的粉末材料，給用戶多種選擇。2011年，華中科技大學(xué)的技術(shù)被歐洲空客公司等單位選中，聯(lián)合承當(dāng)了歐盟框架七工程，為空客和歐洲航天局等單位制作飛機(jī)、衛(wèi)星、航空發(fā)動機(jī)用大型復(fù)雜鈦合金零部件的鑄造蠟?zāi)?。西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室所開展的“激光立體成形〞三維打印技術(shù)，采用的是“同步送粉激光熔覆〞的方式來堆積金屬材料。其核心是金屬材料在數(shù)字化控制之下的連續(xù)熔化和凝固過程。中航工業(yè)航空制造工程研究所重點開展電子束快速成形技術(shù)和激光選區(qū)熔化增材成形技術(shù)，利用激光選區(qū)熔化成形技術(shù)已研制出國內(nèi)最大的金屬成形零部件(最大尺寸到達(dá)400mm)。隆源自動成型系統(tǒng)**也是國內(nèi)較早開展快速成形技術(shù)研發(fā)的單位，主要開發(fā)SLS工藝及成形材料。其開發(fā)的成形設(shè)備已銷售100余臺，國內(nèi)在激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)上具備優(yōu)勢。近年來，該公司利用掌握的SLS技術(shù)，開展了激光制芯和復(fù)雜形腔構(gòu)造〔發(fā)動機(jī)缸體〕零件的制造。為我國各型發(fā)動機(jī)的研制和開發(fā)提供了有力的支撐。殷華激光快速成形與模具技術(shù)**將清華大學(xué)機(jī)械工程系激光快速成形中心研制開發(fā)的多功能快速成形系統(tǒng)〔M-RPMS〕〔2002年國家科技進(jìn)步二等獎，2001年市科技進(jìn)步一等獎〕推向市場，并逐漸形成了獨立的產(chǎn)品體系，其推出的系列MEM快速成形系統(tǒng)至2010年底已銷售了800余臺〔Wohlersreport2011〕，為國內(nèi)生產(chǎn)快速成形設(shè)備數(shù)量最多的公司。其產(chǎn)品遠(yuǎn)銷到歐美市場。在主要民用品加工裝備方面：太爾時代科技**從清華大學(xué)引申了3D打印技術(shù)，研發(fā)出數(shù)字熔融擠壓快速成形制造系統(tǒng)，同樣采用線狀樹脂為成型材料。已開展成為桌邊制造系統(tǒng)，使3D打印技術(shù)由工業(yè)品加工延伸到民用品加工，大大降低了單件的本錢，適用于廣泛的個性化需求。**維示泰克技術(shù)**2011年5月份創(chuàng)立，總部位于**留學(xué)生創(chuàng)業(yè)大廈，同時在**建有耗材生產(chǎn)基地。開發(fā)的3D打印機(jī)采用FFF〔熔絲制造〕技術(shù)原理，以線狀樹脂為成型材料。**市閃鑄科技**是**省一家從事3D打印機(jī)研制和生產(chǎn)的公司，成立于2011年4月份，技術(shù)團(tuán)隊大多是清華大學(xué)畢業(yè)的研究生。在閃鑄每月銷售200臺的數(shù)字里，大多是出口到其他國家。而美國一家3D打印機(jī)生產(chǎn)公司一天的銷量就達(dá)100臺。在3D打印應(yīng)用技術(shù)研究方面：工業(yè)大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)重點實驗室從2005年開場RP的研究，成立了數(shù)字化醫(yī)療整形三維打印研究室。與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院整形外科醫(yī)院、大學(xué)口腔醫(yī)院、天壇醫(yī)院成立了數(shù)字化醫(yī)療中心，已正式用于臨床，成功為近千例患者提供了三維數(shù)字化醫(yī)療整形效勞，在顱腦修復(fù)、鼻梁修復(fù)與美容造型、額骨及牙齒修復(fù)與美容造型、額骨修復(fù)與美容造型等方面開展了大量的研發(fā)與臨床應(yīng)用工作，獲得數(shù)字化整形醫(yī)療界的好評。其技術(shù)特色是首先對帶修復(fù)與整形的骨骼進(jìn)展準(zhǔn)確的數(shù)字化三維造型和分析，然后進(jìn)展三維打印制作，相比傳統(tǒng)手術(shù)現(xiàn)場配做整形構(gòu)建的方法，吻合度和成功率高，而且大大簡輕了病人的痛苦和失敗風(fēng)險。**銘展網(wǎng)絡(luò)科技**，在美國MakerBot公司產(chǎn)品根底上研發(fā)的3D打印機(jī)，在國內(nèi)取得了不錯的銷量。受文物保護(hù)部門委托，成功復(fù)原出了**天龍山多尊破壞嚴(yán)重的唐代石窟佛像。其他方面：**南風(fēng)股份將投資“重型金屬構(gòu)件電熔精細(xì)成型技術(shù)工程〞，總投資1.68億元，南方風(fēng)機(jī)研究所投資的工程就是國際上流行的3D打印技術(shù)。**銀邦股份與**安迪利捷貿(mào)易**共同出資設(shè)立飛而康快速制造科技**公司，新設(shè)立公司主營業(yè)務(wù)有局部產(chǎn)品涉及激光快速成型技術(shù)。**敦超電子科技**依托美國Clemson大學(xué)、**交通大學(xué)和**師*大學(xué)的科研實力，開發(fā)了三維打印機(jī)，該打印機(jī)基于FFF〔熔絲制造/熱塑性擠出〕工藝的快速成型設(shè)備。2.工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是典型的智能制造裝備。據(jù)統(tǒng)計，2012年底國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人預(yù)計達(dá)6萬臺左右。目前市場規(guī)模約40億元人民幣。但目前國產(chǎn)機(jī)器人在國內(nèi)的市場占有率缺乏30%，并多為在進(jìn)口國外機(jī)器人的前提下，再做應(yīng)用開發(fā)或提供成套設(shè)備，因此進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)大局部市場。我國工業(yè)機(jī)器人研發(fā)始于“七五〞期間。先后開發(fā)了7種工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品，建立了9個機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地和7個科研基地。截至2011年，國家04專項也列入了7個機(jī)器人工程。但總體而言，我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)開展目前尚處于起步階段。目前，國內(nèi)已形成中科院**自動化研究所、清華大學(xué)、哈工大等30多家機(jī)器人研發(fā)機(jī)構(gòu)，取得了大批研究成果，工業(yè)機(jī)器人的主要門類均有涉及，但批量投產(chǎn)的極少。主要原因為：開發(fā)、研制的主體尚停留在高校和研究單位；關(guān)鍵技術(shù)和功能部件還沒有國產(chǎn)化，運(yùn)動控制器、減速器等關(guān)鍵功能部件主要依靠進(jìn)口。**數(shù)控設(shè)備**是目前是國內(nèi)最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，從事工業(yè)機(jī)器人研制已有6年歷史，已初具中低檔工業(yè)機(jī)器人批量生產(chǎn)的條件。與華南理工大學(xué)合作開發(fā)出3kg、8kg、20kg、120kg系列六自由度工業(yè)機(jī)器人；與**大學(xué)合作開發(fā)了并聯(lián)機(jī)器人；與航空航天大學(xué)合作開發(fā)了120kg、200kg堆垛機(jī)器人。其中8kg六自由度機(jī)器人批量投產(chǎn)并銷售了30多臺。該廠用自己生產(chǎn)的機(jī)器人為比亞迪汽車、格力空調(diào)、**機(jī)床廠等用戶開發(fā)并提供了自動涂膠和機(jī)床自動上下料裝置。二、現(xiàn)狀和優(yōu)劣勢分析制造業(yè)堅持“高端、高效、高輻射〞的開展道路，技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，但不具有規(guī)模優(yōu)勢。制定了八大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)開展規(guī)劃，出臺了中關(guān)村“1+6〞的先行先試政策，重大科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化統(tǒng)籌資金，以科技創(chuàng)新、文化創(chuàng)新“雙輪驅(qū)動〞格局逐步形成。此外擁有清華大學(xué)、航空航天大學(xué)、工業(yè)大學(xué)、航空制造工程研究所等一批高校和院所，科技資源雄厚；擁有中國通用、機(jī)械總院、京城控股等一批中央和市屬國企；擁有九大軍工集團(tuán)，技術(shù)資源和人才資源豐富；市科委聯(lián)合市國資委啟動了“精機(jī)工程〞等科技創(chuàng)新工程，布局了順義、房山等一批制造業(yè)高端開展創(chuàng)新聚集區(qū)，具有良好的創(chuàng)新環(huán)境和產(chǎn)業(yè)環(huán)境。但土地和材料資源有限，制造業(yè)的未來開展必須占領(lǐng)高端，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、綠色化、集約化和可持續(xù)化。1.3D打印從3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈分析，在材料研制方面，擁有礦業(yè)研究總院材料所、有色金屬研究總院等專業(yè)研究機(jī)構(gòu)；在數(shù)字化設(shè)計方面，有數(shù)碼大方、北大方正電子等專業(yè)公司；在激光器研制和生產(chǎn)方面，有國科世紀(jì)激光技術(shù)**、中科院理化所、中科院光電院等機(jī)構(gòu)；在裝備研制、生產(chǎn)等方面，有中航天地、北航、清華、中航625所、隆源、殷華、太爾時代等相關(guān)單位；在產(chǎn)品應(yīng)用方面，有中航天地、北工大、301醫(yī)院、北大口腔醫(yī)院等單位。同時，還有市計算中心等已開展3D打印的相關(guān)應(yīng)用研究。綜上，在3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)均有布局，技術(shù)方面也在全國處于領(lǐng)先水平，具備產(chǎn)業(yè)鏈上下游帶動，共同開展的根底。2.工業(yè)機(jī)器人有中電華強(qiáng)、首鋼沃托曼、自動化研究院、石化學(xué)院、北工大、信息科技大、中航625所、北航、機(jī)械總院、博創(chuàng)興盛機(jī)器人技術(shù)**等相關(guān)單位在開展研究，涉及激光焊接、水下焊接與切割、反