3D打印如何升級“中國制造”

  3D打印，也稱增材制造，能有效降低產(chǎn)品開發(fā)成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，有助于改變我國制造業(yè)長期處于價值鏈低端的不利局面。

  當前增材制造企業(yè)總體上依然“小、散、弱”，還處于“單打獨斗”的發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)整合度較低，技術(shù)研發(fā)和推廣應用還處于無序狀態(tài)。

  近日，國務院總理主持專題講座，討論加快發(fā)展先進制造和3D打印等問題。會議提出，要促進中國制造上水平，既要在改造傳統(tǒng)制造上“補課”，也要瞄準世界產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展前沿。

  “3D打印體現(xiàn)了信息技術(shù)與先進材料技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)的密切結(jié)合，是我國制造業(yè)升級發(fā)展的重要方向?！惫ば挪抠惖涎芯吭貉b備工業(yè)研究所所長、《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2014-2016年）》主要起草人左世全表示，3D打印能有效降低產(chǎn)品開發(fā)成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，有助于改變我國制造業(yè)長期處于價值鏈低端的不利局面。

  增材制造前景廣

  3D打印，也稱增材制造，它實現(xiàn)了制造從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變。左世全解釋說，減材加工工藝主要指切、銑、磨等，等材加工工藝則以鑄、鍛、焊等為代表，而3D打印則是增材制造技術(shù)，可以一次制造任意復雜的零部件。

  由于改變了切削、組裝等加工模式，減少了加工工序，3D打印能大大縮短新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)成本與周期。以發(fā)動機缸蓋為例，傳統(tǒng)砂型鑄造、工裝模具設計制造周期需要5個月，而利用3D打印技術(shù)，則能在1個星期整體成型出四氣門六缸發(fā)動機缸蓋砂型。

  目前，3D打印已在航空航天、汽車、生物醫(yī)療、模具制造、文化創(chuàng)意等領域得到初步應用，產(chǎn)業(yè)規(guī)模增速很快。有關數(shù)據(jù)顯示，我國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模2013年為20億元左右，2014年達37億元左右。未來5年，我國3D打印市場規(guī)模還將實現(xiàn)30%以上的快速增長。

  在國務院專題講座上，中國工程院院士、西安交通大學教授盧秉恒指出，以3D打印為代表的增材制造的前景是“創(chuàng)材”，即按照材料基因組，研制出超高強度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕的新材料。目前3D打印已制造出了耐溫3315攝氏度的合金，用于“龍飛船2號”，大大增強了飛船推力。

  個性定制成本低

  南京市兒童醫(yī)院日前在國內(nèi)首次嘗試采用3D打印技術(shù)，打印出患者的心臟模型，反復模擬手術(shù)練手，從而成功為一名3個多月大的嬰兒進行了復雜的先天性心臟病手術(shù)。從心臟到肢體，從飛機到汽車引擎零部件……基于3D打印低成本定制化的優(yōu)勢，生物醫(yī)學、航空工業(yè)和個人消費都是其最具潛力的應用領域。

  左世全表示，3D打印不需要模具就能進行零部件制造，產(chǎn)品的單價幾乎和批量無關，因此在新產(chǎn)品開發(fā)和小批量生產(chǎn)中極具優(yōu)勢，企業(yè)可以進行多品種個性化制造，甚至可以提供定制。

  “3D打印技術(shù)契合了工業(yè)4.0制造智能化、資源效率化和產(chǎn)品人性化的理念，因此成為國外發(fā)展的重點。這場制造技術(shù)的革命，對中國制造業(yè)升級也至關重要。”賽迪顧問原材料產(chǎn)業(yè)研究中心分析師雷洋認為，我國3D打印將率先在航空工業(yè)和生物醫(yī)學領域獲得廣泛應用，隨著打印設備和打印材料技術(shù)的進一步突破、成本的進一步下降，3D打印在個人消費領域也將得到進一步發(fā)展。他預計，“十三五”期間，3D打印將深刻影響制造企業(yè)的生產(chǎn)方式，引領制造業(yè)從標準化和精益化生產(chǎn)步入定制化生產(chǎn)。

  全民創(chuàng)新新通途

  “3D打印展現(xiàn)了全民創(chuàng)新的通途?！北R秉恒在國務院專題講座上說。比如2014年，美國GE公司挑戰(zhàn)3D打印，將飛機的一個零部件公開讓創(chuàng)客設計。收集的 700多個方案中，第一名只用了六分之一原始結(jié)構(gòu)的重量就完成了全部測試。設計者是一個19歲的年輕人，方案卻超過了GE公司的資深專家。

  不僅如此，左世全還指出，3D打印和產(chǎn)品的復雜度關聯(lián)度較低，很多傳統(tǒng)方法無法制造的產(chǎn)品都可以輕易生產(chǎn)出來，這有利于增加產(chǎn)品設計自由度，提升設計創(chuàng)新能力，拓展創(chuàng)新創(chuàng)意空間。

  目前，我國3D打印已經(jīng)具備了一定的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化基礎，部分技術(shù)領域已達到國際先進水平。但雷洋指出，3D打印要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，還需要突破技術(shù)成本、打印材料、產(chǎn)品質(zhì)量、社會風險等瓶頸。2014年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模僅為全球的6%左右。增材制造企業(yè)總體上依然“小、散、弱”，還處于“單打獨斗”的發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)整合度較低，技術(shù)研發(fā)和推廣應用還處于無序狀態(tài)。

  左世全建議，要針對航空航天、汽車、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)療等領域的重大需求，突破一批增材制造專用材料；加快提升一批有重大應用需求、廣泛應用前景的增材制造工藝技術(shù)水平，開發(fā)相應的數(shù)字模型、專用工藝軟件及控制軟件。