日前,由中國電子信息產業發展研究院、中國增材制造產業聯盟主辦的中國增材制造產業發展(渭南)高峰論壇暨中國增材制造產業聯盟年會召開。中國工程院院士、中國增材制造產業聯盟專家委員會主任盧秉恒,中國電子信息產業發展研究院副院長、中國增材制造產業聯盟秘書長王鵬等近400名行業專家、企業代表及銀行、金融投資機構代表出席論壇,探討國內外增材制造技術進展及產業發展趨勢。
世界各國積極搶占3D打印制高點
增材制造(又稱3D打印)是以數字模型為基礎,將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術,實現了制造方式從等材、減材到增材的重大轉變,改變了傳統制造的理念和模式。賽迪研究院裝備工業研究所所長左世全在匯報中指出,美國率先將增材制造產業上升到國家戰略發展高度,歐盟注重發展金屬增材制造技術,俄羅斯在激光領域具備技術優勢,我國政府也發布了一系列相關政策,關鍵技術不斷突破,產業規模迅速擴大,發展潛力巨大。
據盧秉恒介紹,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)實施了“開放式制造項目”,推動3D打印成為國防制造領域的主流技術,美國海軍在2016年成功測試了首個使用3D打印的導彈部件;美國國家增材制造創新機構(現名“美國制造”)發布“增材制造技術線路圖”,將設計、材料、工藝、價值鏈和增材制造基因組設定為關鍵技術領域,美國航天發動機近1/3的零件采用了增材制造技術。
在此期間,歐盟“增材制造標準化支持行動”計劃發布了增材制造標準化路線圖,空客公司采用3D打印技術生產了超過1000個飛機零部件。俄羅斯托姆斯克理工大學(TPU)設計的首枚外殼由3D打印制造的CubeSat納米衛星Tomsk—TPU—120被送往國際空間站,英國南安普頓大學利用增強型ABS塑料打印出成本僅為數千美元的小型無人機,韓國也開展了3D打印創客培訓計劃,積極搶占3D打印的技術制高點。
我國早在《中國制造2025》就對3D打印的發展提出要求。近期,工信部聯合國家發改委、教育部等11部門印發《增材制造產業發展行動計劃(2017—2020年)》(以下簡稱《行動計劃》),明確提出到2020年實現五大目標:一是產業保持高速發展,年均增速在30%以上,2020年增材制造產業銷售收入超過200億元;二是技術水平明顯提高,突破100種以上滿足重點行業需求的工藝裝備、核心器件及專用材料;三是行業應用顯著深化,開展100個以上試點示范項目,在重點制造(航空、航天、船舶、核工業、汽車、電力裝備、軌道交通裝備、家電、模具、鑄造等)、醫療、文化、教育等四大領域實現規模化應用;四是生態體系基本完善,形成完整的増材制造產業鏈,計量、標準、檢測、認證等在內的生態體系基本形成;五是全球布局初步實現,培育2~3家以上具有較強國際競爭力的龍頭企業,打造2~3個國際知名名牌,一批裝備、產品走向國際市場。
左世全指出,與德、美等國家相比,我國增材制造產業尚存在產業規模化程度較低,專用材料性能亟需提高,關鍵裝備和核心器件依賴進口,行業標準體系不健全,協同推進機制有待完善,應用廣度深度有待加強等問題。提高創新能力、提升供給質量、推進示范應用、培育龍頭企業、完善支撐體系將是下一階段的工作重點。
醫療、航空、兵器,3D打印有哪些重點
3D打印模糊了數字世界和實體世界的界限,將實體轉化為計算機數據,是實現“數字向實體”轉換的重要技術。左世全指出,從近期看,3D打印最適用于定制化和及時交付市場的行業,尤其是小批量、高附加值的航空航天和醫療領域的零部件。
在醫療領域,生物3D打印有望帶動醫療、制藥、生物醫療科研的發展。清華大學機械工程系教授孫偉指出,生物墨水、軟件、裝備的集成研發及產業化研究,代表了生物3D打印的大方向。下一代生物三維打印機將提供更多功能(如多噴頭),市場容量有望在2030年達到數十億美元。
在航空領域,鑫精合激光科技發展(北京)有限公司執行董事李廣生指出,激光選區熔化技術(SLM)、激光修復等技術有望在航空航天構件和航空發動機(裂紋、葉片等)修復領域得到應用。他認為,更新設計思想,結合傳統工藝,適應快速制造、敏捷制造的要求,實現應用、修復與再制造,是3D打印在航空領域的發展方向。
除醫療、制造以外,3D打印在兵器領域也存在應用空間。中國兵器裝備研究院增材制造技術中心主任黃聲野指出,戰場保障、槍械打印、彈藥打印、導彈打印等技術已經在美、俄等國家展開研究。戰場維修保障需要智能化、自動化的快速成形系統,彈藥需要柔性、低價、批量的制造技術,火炮需要基于新技術的輕量化設計。專用設備與工藝材料,基礎研究與共性研究,是下一階段的工作重點。
盧秉恒指出,增材制造工程科技有六項重點任務:高性能合金構件增材制造,復合材料與復合結構3D打印,微納3D打印,太空3D打印,4D打印和生物3D打印。他希望到2025年,3D打印能顯著影響制造業和各行各業的產品開發進程,到2035年我國能在3D打印領域實現領跑,在大型飛機、重型運載火箭、船舶領域實現工程化應用,在生物打印領域走向國際前沿。