增材制造從產(chǎn)業(yè)培育步入推廣應(yīng)用新階段
——《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2017—2020年)》解析

歐陽(yáng)安

工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心，北京，100804

增材制造技術(shù)是一項(xiàng)新興制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了制造方式從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)材料技術(shù)和數(shù)字制造技術(shù)的緊密結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生了深刻的影響。我國(guó)已將增材制造技術(shù)作為制造強(qiáng)國(guó)的重要發(fā)展方向之一。其裝備制造、專用材料制造、工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)均已被納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)門類。

2015年2月，工業(yè)和信息化部和國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)了《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015—2016年)》(以下簡(jiǎn)稱《推進(jìn)計(jì)劃》)，在政策引導(dǎo)和社會(huì)各界的共同努力下，增材制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。為有效銜接《推進(jìn)計(jì)劃》，2017年12月，工業(yè)和信息化部等12個(gè)部門印發(fā)了《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2017—2020年)》(以下簡(jiǎn)稱《行動(dòng)計(jì)劃》)，明確了新時(shí)期產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)思想、基本原則、發(fā)展目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)。

1 《行動(dòng)計(jì)劃》核心要義

《行動(dòng)計(jì)劃》遵循四大基本原則，即：創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，夯實(shí)基礎(chǔ)；需求牽引，統(tǒng)籌推進(jìn)；軍民融合，開放合作；市場(chǎng)主導(dǎo)，政府引導(dǎo)?？傮w上，強(qiáng)調(diào)以需求為牽引，以企業(yè)為主體，加強(qiáng)關(guān)鍵共性技術(shù)研究，推進(jìn)增材制造在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、新興消費(fèi)和軍工等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，鼓勵(lì)國(guó)際交流合作，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚化發(fā)展。

《行動(dòng)計(jì)劃》提出“四五六五”的核心思路，即聚焦四大重點(diǎn)領(lǐng)域、實(shí)施五項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，采取六項(xiàng)保障措施，實(shí)現(xiàn)五大發(fā)展目標(biāo)。

(1)四大重點(diǎn)領(lǐng)域。①航空、航天、船舶、核工業(yè)、汽車、電力裝備、軌道交通裝備、家電、模具、鑄造等在內(nèi)的重點(diǎn)制造領(lǐng)域;②醫(yī)療領(lǐng)域；③文化領(lǐng)域；④教育領(lǐng)域。

(2)五項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)。①提高創(chuàng)新能力，完善增材制造創(chuàng)新中心運(yùn)行機(jī)制，推進(jìn)前瞻性、共性技術(shù)研究和先進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化；突破一批關(guān)鍵共性技術(shù)，提早布局新一代增材制造技術(shù)研究。②提升供給質(zhì)量，開展增材制造專用材料、關(guān)鍵材料制備技術(shù)及裝備的研發(fā)，提升材料的品質(zhì)和性能穩(wěn)定性；大力突破增材制造裝備、核心器件及專用軟件的質(zhì)量、性能和穩(wěn)定性；提升行業(yè)整體服務(wù)質(zhì)量和用戶對(duì)增材制造技術(shù)的認(rèn)可程度。③推進(jìn)示范應(yīng)用，以直接制造為主要戰(zhàn)略取向，兼顧原型設(shè)計(jì)和模具開發(fā)應(yīng)用，推動(dòng)增材制造在四大領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，線上線下打通增材制造在社會(huì)、企業(yè)、家庭中的應(yīng)用路徑。④培育龍頭企業(yè)，支持骨干企業(yè)積極整合國(guó)內(nèi)外技術(shù)、人才和市場(chǎng)等資源，加強(qiáng)品牌培育；促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，鼓勵(lì)特色優(yōu)勢(shì)地區(qū)加快培育世界級(jí)先進(jìn)增材制造產(chǎn)業(yè)集群，助推龍頭企業(yè)的發(fā)展壯大。⑤完善支撐體系，完善增材制造產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試服務(wù)體系，健全增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系，加快檢測(cè)與認(rèn)證機(jī)構(gòu)培育，加快人才培養(yǎng)，健全人才激勵(lì)機(jī)制。

(3)六項(xiàng)保障措施。包括：加強(qiáng)統(tǒng)籌組織協(xié)調(diào)，加大財(cái)政支持力度，著力拓寬融資渠道，深化國(guó)際交流合作，強(qiáng)化行業(yè)安全監(jiān)管，發(fā)揮行業(yè)組織作用。其中，增材制造技術(shù)的發(fā)展，可能會(huì)帶來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、刑事犯罪、人類倫理等方面的社會(huì)問題，《行動(dòng)計(jì)劃》明確提出了要強(qiáng)化增材制造行業(yè)的安全監(jiān)管，將研究建立增材制造裝備生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用等環(huán)節(jié)以及從業(yè)人員的監(jiān)管制度。

(4)五大發(fā)展目標(biāo)。到2020年，一是我國(guó)增材制造產(chǎn)值保持年均30%以上的增速，產(chǎn)業(yè)銷售收入超過(guò)200億元；二是技術(shù)水平明顯提高，突破100種以上滿足重點(diǎn)行業(yè)需求的工藝裝備、核心器件及專用材料；三是行業(yè)應(yīng)用顯著深化，開展100個(gè)以上試點(diǎn)示范項(xiàng)目，在重點(diǎn)制造及醫(yī)療、文化、教育等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用；四是生態(tài)體系基本完善，形成完整的增材制造產(chǎn)業(yè)鏈，包括計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、認(rèn)證等在內(nèi)的生態(tài)體系逐步完善；五是全球布局初步實(shí)現(xiàn)，培育2～3家以上具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)，打造2～3個(gè)國(guó)際知名品牌，一批裝備、產(chǎn)品走向國(guó)際市場(chǎng)。

相比《推進(jìn)計(jì)劃》，《行動(dòng)計(jì)劃》有幾大推動(dòng)重點(diǎn)：一是著力推廣增材制造技術(shù)在航空、航天、船舶、核工業(yè)等重點(diǎn)制造領(lǐng)域的示范應(yīng)用，推動(dòng)“3D打印+”在醫(yī)療、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新教育、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用；二是不斷推進(jìn)增材制造技術(shù)在軍工領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，加強(qiáng)軍民資源共享，促進(jìn)軍民兩用技術(shù)加速發(fā)展；三是著力打造從材料、工藝、軟件、核心器件到裝備的完整的增材制造產(chǎn)業(yè)鏈，形成涵蓋計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、認(rèn)證、人才等在內(nèi)的增材制造生態(tài)體系；四是強(qiáng)化部際協(xié)同，中央地方聯(lián)動(dòng)。《行動(dòng)計(jì)劃》由12個(gè)部門聯(lián)發(fā)，力度空前，充分體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)增材制造產(chǎn)業(yè)的重視和支持。

2 發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題

一是產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益增長(zhǎng)。近年來(lái)，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)保持高速增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)80億元，年均增速超過(guò)30%，2017年產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)100億元，年均增速達(dá)25%。全球增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模也處于高速增長(zhǎng)期，據(jù)Wohlers Associates統(tǒng)計(jì)，1988—2017年全球增材制造產(chǎn)業(yè)的年復(fù)合增長(zhǎng)率為25.5%，2017年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)到73.36億美元，年均增速高達(dá)34.8%，同比增長(zhǎng)21.0%。據(jù)IDC(International Data Corporation)預(yù)測(cè)，至2020年全球增材制造產(chǎn)值將達(dá)289億美元。

二是技術(shù)工藝取得突破。一批工藝設(shè)備、關(guān)鍵零部件、軟件系統(tǒng)加快創(chuàng)新，光固化成形、激光熔融沉積成形等工藝裝備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。例如：鑫精合激光科技發(fā)展(北京)有限公司研發(fā)出的大型激光沉積制造設(shè)備TSC-S4510，可制備大尺寸高性能航空關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件；湖南華曙高科技有限責(zé)任公司開發(fā)了全球首款具有開源特征、多模塊功能一體化的工業(yè)級(jí)增材制造智能控制系統(tǒng)；深圳摩方材料科技有限公司已研發(fā)出尺寸精度達(dá)到0.5 μm的面投影微立體光刻3D打印設(shè)備。

三是專用材料研究取得進(jìn)展。已有近百種增材制造專用材料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。航天海鷹(哈爾濱)鈦業(yè)有限責(zé)任公司完成了國(guó)產(chǎn)冷坩堝真空感應(yīng)熔煉氣霧化鈦合金制粉設(shè)備的集成制造；中航邁特粉冶科技(北京)有限公司研發(fā)設(shè)計(jì)的大容量、低成本電極感應(yīng)氣霧化裝置，可制備出粉末球形度為90%、氧含量在0.07%～0.13%之間的高品質(zhì)球形鈦合金粉末；湖南華曙高科技有限責(zé)任公司成功開發(fā)了FS3200PA等系列尼龍粉末材料、碳纖維復(fù)合材料、玻璃微珠復(fù)合材料，在高溫高壓高精度的高分子及復(fù)合材料方面取得進(jìn)展；中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研發(fā)的高性能鈦合金棒絲材等已經(jīng)量產(chǎn)。

四是應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。《行動(dòng)計(jì)劃》實(shí)施以來(lái)，增材制造技術(shù)已從一般消費(fèi)品制造推廣到高端裝備研發(fā)制造領(lǐng)域。西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司解決了航空航天極端復(fù)雜精密構(gòu)件制造難題，每年可批量生產(chǎn)復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)件8 000余件；中廣核集團(tuán)制造的核電站復(fù)雜流道儀表閥閥體，滿足國(guó)際核電標(biāo)準(zhǔn)RCC-M的要求，可小批量快速生產(chǎn)；北京愛康醫(yī)療科技有限公司基于三維精準(zhǔn)構(gòu)建技術(shù)(3D ACT)研發(fā)的脊柱椎間融合器已獲得上市許可；先臨三維科技股份有限公司制造的汽車排氣系統(tǒng)，具有復(fù)雜獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的直排和回壓，有效減重67%。浙江閃鑄三維科技有限公司將增材制造設(shè)備推廣進(jìn)入課堂和實(shí)驗(yàn)室，截至2018年3月，已在全國(guó)33個(gè)省2216所學(xué)校引進(jìn)了3D打印設(shè)備，組建了實(shí)驗(yàn)室。

五是生態(tài)體系初步建成。2016年年底，工業(yè)和信息化部批準(zhǔn)西安交通大學(xué)等13家單位籌建國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心。增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等組織相繼成立，包括標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、認(rèn)證等在內(nèi)的生態(tài)體系建設(shè)加速。初步形成了以環(huán)渤海地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)為核心，中西部地區(qū)為紐帶的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

當(dāng)前,增材制造技術(shù)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新材料技術(shù)、新設(shè)計(jì)理念正加速融合,世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極布局，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度較快,但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距。①關(guān)鍵技術(shù)滯后,創(chuàng)新能力不足。高性能材料的研發(fā)和制備、高效復(fù)合增材制造工藝等關(guān)鍵共性技術(shù)急需突破，我國(guó)專用材料品種少,供應(yīng)商少,高性能材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，鎳基合金、耐高溫高強(qiáng)度工程塑料等材料尚無(wú)法批量生產(chǎn)。②關(guān)鍵核心器件依賴進(jìn)口。高光束質(zhì)量激光器及光束整形系統(tǒng)、高品質(zhì)電子槍及高速掃描系統(tǒng)、大功率激光掃描振鏡、動(dòng)態(tài)聚焦鏡等精密光學(xué)器件、陣列式高精度噴嘴/噴頭等核心器件嚴(yán)重依賴進(jìn)口,專用工藝設(shè)計(jì)軟件及控制軟件在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段。③行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不健全,應(yīng)用推廣有待加強(qiáng)。美國(guó)已在增材制造專用術(shù)語(yǔ)、專用材料、測(cè)試方法、過(guò)程控制和零件設(shè)計(jì)五個(gè)方面開展了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。我國(guó)已立項(xiàng)4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但尚未建立起完整的增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系。在醫(yī)療、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新教育等領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用有待加強(qiáng)。④產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速但整體呈現(xiàn)“小、散、弱”狀態(tài)。據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì),我國(guó)從事增材制造技術(shù)研發(fā)及設(shè)備生產(chǎn)的企業(yè)有500余家，規(guī)模以上企業(yè)僅有30多家，規(guī)模大、實(shí)力強(qiáng)的龍頭企業(yè)數(shù)量相對(duì)較少。2017年,國(guó)內(nèi)規(guī)模最大企業(yè)的年銷售收入不足4億元,不到美國(guó)Stratasys公司年銷售額的7%。

3 政策建議

一是提高行業(yè)創(chuàng)新能力，加強(qiáng)創(chuàng)新體系建設(shè)。鼓勵(lì)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)條件的地區(qū)建設(shè)省級(jí)增材制造創(chuàng)新中心，深入推進(jìn)增材制造領(lǐng)域前瞻性、共性技術(shù)研究和先進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化。推動(dòng)建立以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、知識(shí)產(chǎn)權(quán)利益分享機(jī)制為紐帶、政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同的增材制造創(chuàng)新體系；組織編制產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖，強(qiáng)化關(guān)鍵共性技術(shù)研究。

二是提升材料、裝備、器件及軟件的供給質(zhì)量。通過(guò)現(xiàn)有政策渠道支持增材制造材料、裝備及關(guān)鍵零部件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化；鼓勵(lì)增材制造領(lǐng)域首臺(tái)/套重大技術(shù)裝備檢驗(yàn)/檢測(cè)評(píng)定體系建設(shè)，鼓勵(lì)檢驗(yàn)/檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)結(jié)合增材制造產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，為行業(yè)發(fā)展提供更好的檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證服務(wù)。

三是加大增材制造技術(shù)在各領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。通過(guò)總結(jié)典型應(yīng)用案例，遴選一批應(yīng)用范圍較廣、實(shí)施效果顯著的應(yīng)用案例進(jìn)行推廣，不斷深化行業(yè)應(yīng)用。

四是培育龍頭企業(yè)、深化國(guó)際合作。支持骨干企業(yè)發(fā)展壯大，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，培育具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的龍頭企業(yè)，打造具有國(guó)際影響力的知名品牌，推進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)建設(shè)；鼓勵(lì)外商投資企業(yè)加大在華研發(fā)力度，支持國(guó)內(nèi)企業(yè)積極“走出去”，多層次地開展專利、商標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)方面的國(guó)際交流合作。

五是完善支撐體系，強(qiáng)化安全監(jiān)管。健全增材制造計(jì)量體系，加強(qiáng)計(jì)量技術(shù)研究和測(cè)試服務(wù)；加快增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)；推進(jìn)增材制造領(lǐng)域新工科建設(shè)，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目。加強(qiáng)海外高層次科技、經(jīng)營(yíng)人才的引入和國(guó)際化人才的培養(yǎng)；加強(qiáng)安全宣傳和普法警示教育，推動(dòng)行業(yè)組織研究加強(qiáng)增材制造裝備生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用等環(huán)節(jié)以及從業(yè)人員的監(jiān)管，強(qiáng)化增材制造生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)的安全宣傳，發(fā)揮行業(yè)組織作用，加強(qiáng)行業(yè)自制自律。

4 結(jié)論與展望

增材制造技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)制造工藝的有益互補(bǔ)，將提升傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化、高效化方向轉(zhuǎn)變的速度，未來(lái)將展現(xiàn)出新的發(fā)展特點(diǎn)：①設(shè)計(jì)數(shù)字化。增材制造利用數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模仿真和拓?fù)鋬?yōu)化，可直接打印制造如三維胞元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜部件，將有效減小產(chǎn)品質(zhì)量，縮短研發(fā)周期。②材料專用化。材料是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的核心，隨著增材制造工藝的日益成熟和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，細(xì)分領(lǐng)域?qū)Ｓ貌牧系男枨髮⒓铀偻苿?dòng)系列高質(zhì)量增材制造材料的研發(fā)。③制造智能化。增材制造為傳統(tǒng)生產(chǎn)制造探索出更多的智能制造方式，不論是設(shè)計(jì)、材料、裝備等產(chǎn)業(yè)鏈的智能化，還是增材制造產(chǎn)品全生命周期管理與服務(wù)的智能化，都將賦能傳統(tǒng)制造，實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)。④應(yīng)用多元化。通過(guò)組織材料、裝備及零部件生產(chǎn)企業(yè)與用戶開展需求對(duì)接，利用增材制造云平臺(tái)等新模式，線上線下打通增材制造在社會(huì)、企業(yè)、家庭中的應(yīng)用路徑，增材制造的應(yīng)用場(chǎng)景將更加多元。

增材制造已由產(chǎn)業(yè)化培育階段進(jìn)入了推廣應(yīng)用的新階段，《行動(dòng)計(jì)劃》有效銜接了《推進(jìn)計(jì)劃》，將以行業(yè)需求為牽引，大力推進(jìn)增材制造在重點(diǎn)領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，著力打造“材料—設(shè)計(jì)—制備—應(yīng)用”完整的增材制造產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)形成涵蓋標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、認(rèn)證等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，推進(jìn)我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)快速可持續(xù)發(fā)展，助力傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，為制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)提供有力的基礎(chǔ)支撐。