天津市3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與思考

趙鳳嬌，張彥云，李競(jìng)強(qiáng)，康蘇媛

(天津市高技術(shù)研究發(fā)展中心 天津300051)

天津市3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與思考

趙鳳嬌，張彥云，李競(jìng)強(qiáng)，康蘇媛

(天津市高技術(shù)研究發(fā)展中心 天津300051)

3D打印作為快速成型技術(shù)的一種，隨著工藝、材料與裝備的逐漸成熟，在世界范圍引起了廣泛重視，其節(jié)材、節(jié)能、易成型的特點(diǎn)帶來了制造業(yè)革命。簡(jiǎn)要介紹了3D打印產(chǎn)業(yè)的全球體量及我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀。從創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)鏈到服務(wù)平臺(tái)建設(shè)等方面分析了天津市3D打印產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及存在的問題，提出了進(jìn)一步加強(qiáng)科研投入、發(fā)揮共性技術(shù)集成與應(yīng)用示范作用、積極開展科技招商等產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議。

3D打印 現(xiàn)狀 建議

0 引 言

3D打印技術(shù)是近30年來全球先進(jìn)制造領(lǐng)域興起的一項(xiàng)集光機(jī)電、計(jì)算機(jī)、數(shù)控及新材料于一體的先進(jìn)制造技術(shù)。與切削等材料“去除法”不同，該技術(shù)通過將粉末、液體、片狀等離散材料逐層堆積，“自然生長(zhǎng)”成三維實(shí)體，通常稱做“3D打印”，也稱為增材制造。[1-4]

1 國(guó)內(nèi)外3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)情況

據(jù)美國(guó)權(quán)威行業(yè)分析報(bào)告Wohlers Report提供的數(shù)據(jù)，截止到2011年底，全球3D打印機(jī)累計(jì)裝機(jī)臺(tái)數(shù)超過5萬臺(tái)，其中美國(guó)累計(jì)裝機(jī)臺(tái)數(shù)約占全球總量的50%,，美國(guó)上市公司3D Systems和Stratasys以及德國(guó)的EOS公司所占全球市場(chǎng)份額超過70%,，是目前全球3D打印產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。2014年全球3D打印的產(chǎn)值約300億元，2015將突破500億元。預(yù)計(jì)到2020年，全球3D打印的產(chǎn)值有望突破1,500億元。[5]

我國(guó)自20世紀(jì)90年代初開始研究3D打印技術(shù)，累計(jì)裝機(jī)臺(tái)數(shù)約500臺(tái)，由我國(guó)生產(chǎn)的3D打印裝備僅占世界總量3%,。目前，我國(guó)3D打印技術(shù)主要依托若干高校院所，在國(guó)家項(xiàng)目資助下開展自主研制，形成系列技術(shù)及裝備。[6]清華大學(xué)是國(guó)內(nèi)最早開展快速成型技術(shù)研究的單位之一，在基于激光、電子束等3D 打印技術(shù)基礎(chǔ)理論、成型工藝、成型新材料及應(yīng)用方面都開展了深入研究；西安交通大學(xué)研發(fā)了光固化技術(shù)及裝備；北京航空航天大學(xué)在飛機(jī)大型整體鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件LENS成形及裝機(jī)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得了突破性進(jìn)展。國(guó)內(nèi)已有多家公司依托高校成果，對(duì)3D打印設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，主要應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)設(shè)計(jì)、航空航天、船舶、武器裝備、生物制造等。[6]

2 天津市3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)情況

天津市3D打印相關(guān)技術(shù)開開始步于20世紀(jì)90年代末，經(jīng)過10余年的持續(xù)發(fā)展，在3D打印材料、激光熔覆、光固化快速成型成套設(shè)備與工藝等方面具備了一定的基礎(chǔ)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)服務(wù)方面具有相對(duì)強(qiáng)的實(shí)力，發(fā)展?jié)摿^大。

2.1 創(chuàng)新能力不斷提升

天津市的3D打印技術(shù)在全國(guó)有一定優(yōu)勢(shì)。擁有天津大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)天津高端研究院、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)、航天科工集團(tuán)三院8358所、南京理工大學(xué)北方研究院等一批高校院所開展3D打印技術(shù)攻關(guān)；擁有天津市天大銀泰快速制造生產(chǎn)力促進(jìn)中心創(chuàng)新平臺(tái)。2013年，天津市科委緊抓數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展機(jī)遇，啟動(dòng)了“天津市3D打印重大科技專項(xiàng)”。專項(xiàng)聚焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，以企業(yè)為主體，以高校為支撐，以產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的有效機(jī)制為保障，開展共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)集成與應(yīng)用示范。專項(xiàng)執(zhí)行兩年來，在各方面均取得一定成果。

2.2 產(chǎn)業(yè)鏈逐漸趨于完整

自天津市政府開始關(guān)注3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展伊始，天津市3D打印技術(shù)研發(fā)以高校院所為創(chuàng)新主體，技術(shù)工藝方面則以引進(jìn)消化吸收為主。經(jīng)過兩年努力，通過機(jī)構(gòu)建設(shè)、項(xiàng)目攻關(guān)和科技招商等多種手段，目前，天津市3D打印產(chǎn)業(yè)已初現(xiàn)規(guī)模。在原有產(chǎn)業(yè)規(guī)?；A(chǔ)上，2014年5月，天津九鈺機(jī)械有限公司在保稅區(qū)注冊(cè)成立。公司依托華中科技大學(xué)快速制造中心，在3D打印設(shè)備研發(fā)方面擁有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)和團(tuán)隊(duì)。2015年9月，天津清研智束科技有限公司在東麗區(qū)注冊(cè)成立，公司依托清華大學(xué)、清華大學(xué)天津高端裝備研究院，在電子束選區(qū)熔化3D打印設(shè)備研發(fā)方面處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。同時(shí)，航天科工集團(tuán)三院8358所也應(yīng)勢(shì)成立3D研發(fā)中心，已出口3D打印設(shè)備近千臺(tái)。訊創(chuàng)(天津)電子有限公司在三維激光改性技術(shù)、三維電子件的加工制造方面處于全國(guó)領(lǐng)先地位，是中興、華為、聯(lián)想等一線品牌的供應(yīng)商。醫(yī)療器械生產(chǎn)商天津亨達(dá)升公司，以打印種植牙齒引導(dǎo)套為主營(yíng)業(yè)務(wù)。同時(shí)，2014年新落戶的恒信智能(天津)快速制造技術(shù)有限公司、南京理工大學(xué)北方研究院等單位也擁有開發(fā)3D打印設(shè)備的中長(zhǎng)期規(guī)劃。

2.3 服務(wù)機(jī)構(gòu)和收入不斷增加

3D打印技術(shù)服務(wù)方面，天津市天大銀泰科技有限公司、河北區(qū)華坤科技有限公司、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心、恒信智能(天津)快速制造技術(shù)有限公司等單位為全市提供3D打印技術(shù)服務(wù)和激光熔覆服務(wù)，累計(jì)裝機(jī)近百臺(tái)，每年服務(wù)企業(yè)約200家，服務(wù)性收入過億元。典型應(yīng)用企業(yè)有中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所(天津)、航天精工(天津)制造有限公司、天津汽車模具股份有限公司、北汽福田有限公司等。

3 面臨的形勢(shì)與存在問題

3.1 國(guó)內(nèi)外形勢(shì)嚴(yán)峻

隨著工藝、材料與裝備的逐漸成熟，3D打印技術(shù)引發(fā)了世界范圍的廣泛重視。2012年3月，美國(guó)在“全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)(投資10億美元)”計(jì)劃中作了重點(diǎn)部署。同年10月，亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合北航、清華和華中科技大學(xué)成立了中國(guó)3D打印技術(shù)聯(lián)盟。鑒于該技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略意義，工信部、科技部正在組織專家對(duì)我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展開展專項(xiàng)研究，制定規(guī)劃，在全國(guó)進(jìn)行重點(diǎn)布局。科技部征集的2014年支撐項(xiàng)目和863項(xiàng)目指南中將3D打印列為方向之一。多個(gè)省市已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)布局，西安、北京、安徽等省市分別成立或建立了相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

3.2 天津發(fā)展3D打印面臨的問題

盡管天津的3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，形成了一批具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)企業(yè)、高校和院所，但在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高端化發(fā)展進(jìn)程中，仍存在一些問題和不足。比如整體市場(chǎng)容量尚小，目前市場(chǎng)及應(yīng)用規(guī)模不足5億元，激光器、光路系統(tǒng)等核心部件仍依賴國(guó)外技術(shù)；國(guó)內(nèi)所提供的材料比較單一，與國(guó)外材料的品種和性能等方面有差距；缺少原創(chuàng)性的3D打印新技術(shù)及裝備；應(yīng)用寬度和深度不夠，與量大面廣的產(chǎn)品制造工藝相比，還不具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

4 天津市發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的幾點(diǎn)建議

4.1 進(jìn)一步加大研發(fā)力度

圍繞重點(diǎn)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，在光纖激光切割熔覆技術(shù)、電子束熔覆技術(shù)、3D打印專用鈦合金和鈦鋁合金粉末制備技術(shù)、大尺度金屬鑄件模具打印設(shè)備制造技術(shù)等共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與設(shè)備開發(fā)方面縮小與國(guó)外的差距，降低3D打印成本，提升3D打印精度。

4.2 發(fā)揮共性技術(shù)集成與應(yīng)用示范作用

面向新型通訊電子器件制造，開發(fā)三維激光改性設(shè)備、研制關(guān)鍵3D打印制造材料，實(shí)現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)手機(jī)天線的打印制造。以大型裝備零部件再制造等個(gè)性化制造需求領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)示范，開發(fā)激光熔覆機(jī)器人裝備，研制相關(guān)設(shè)備，攻克大型鑄鍛件的激光熔覆再修復(fù)技術(shù)及工藝難關(guān)，打破國(guó)外產(chǎn)品壟斷和封鎖。

4.3 做好產(chǎn)業(yè)布局，加強(qiáng)科技招商

通過頂層設(shè)計(jì)、政策引導(dǎo)和平臺(tái)建設(shè)等方式，利用天津市大飛機(jī)大火箭產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)“一區(qū)二十一園”建設(shè)和京津冀一體化產(chǎn)業(yè)對(duì)接中合理布局3D打印產(chǎn)業(yè)園，通過科技招商引智，完善3D打印產(chǎn)業(yè)鏈，填補(bǔ)產(chǎn)業(yè)空白，培育創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)?！?/p>

［1］ 劉偉軍. 快速成型技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：1-10.

［2］ 朱勝，柳建，殷鳳良，等. 面向裝備維修的增材再制造技術(shù)[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，28(1)：81-85.

［3］ 顏永年，張人佶，林峰. 激光快速成形技術(shù)的新進(jìn)展[J]. 新技術(shù)與新工藝，2006(9)：7-9.

［4］ 崔國(guó)起，陳光輝，張慶華. 快速成型技術(shù)及其發(fā)展概況[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，2000(9)：3-5.

［5］ 龐無忌. 3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟：2015年全球3D打印產(chǎn)值將超500億元[EB/OL]. 中國(guó)新聞網(wǎng)，http：//www. chinanews.com/it/2015/12-18/7677615.shtml.

［6］ 柳建，雷爭(zhēng)軍，顧海清，等. 3D打印行業(yè)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2015(3)：17-25.

Developing Status of 3D Printing in Tianjin

ZHAO Fengjiao，ZHANG Yanyun，LI Jingqiang，KANG Suyuan
(High Technology R&D Center of Tianjin，Tianjin 300051，China)

As a kind of rapid prototyping technology，3D printing technology has attracted broad interests in the whole world for its advantages such as material saving，energy saving and easy molding．The development status of 3D printing industry both at home and abroad were summarized in this paper．In addition，the situation，existing problems and development suggestions of 3D printing in Tianjin were analyzed and development suggestions for the industry were given，including，further strengthening the input of scientific research，well playing the demonstration effect of common technology gathering and application and actively carrying out investment attraction.

3D printing；developing status；suggestion

TG434

A

1006-8945(2016)03-0020-02

天津市重點(diǎn)高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展跟蹤研究及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)(天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目12ZCZDTC00200)。

2016-01-26