卢秉恒、李培根：增材制造发展蓝图初绘

2013-7-22 15:41| 发布者: lijialong| 查看: 1015| 评论: 0|来自: 中国科学报

摘要: 近年来，增材制造技术已广泛应用于军工、航空航天、消费电子产品等多个领域。目前，欧美发达国家已在增材制造领域一路领先，并积极制定和实施发展战略。美国甚至早在1998年便制定了相关路线图，...

近年来，增材制造技术已广泛应用于军工、航空航天、消费电子产品等多个领域。

目前，欧美发达国家已在增材制造领域一路领先，并积极制定和实施发展战略。美国甚至早在1998年便制定了相关路线图，并在今年对其进行重新修订。

面对增材制造浪潮，我国将采取怎样的战略？

各国抢滩增材制造

增材制造，俗称3D打印，即依据三维CAD设计数据，采用离散材料（液体、粉末、丝、片等）逐层累加原理制造实体零件的技术。

与传统机加工和模具成形等制造工艺相比，增材制造将三维实体加工变为若干二维平面加工，大大降低了制造的复杂度，并在快速生产和灵活性方面极具优势。

中国工程院院士卢秉恒表示，增材制造大大拓展了设计师的创新空间，可制造出传统工艺难以制造的部件等。

它还适合于珠宝、人体器官、文化创意等个性化定制生产，可大大降低个性化、订制生产和创新设计的加工成本。

据科技部部长万钢介绍，到2025年，增材制造技术潜在的经济影响将达到2300~2500亿美元。由于在复杂化结构零部件加工、个性化定制等方面的独特技术优势，增材制造在航空航天、汽车、电子等领域，具有相当广阔的应用前景。

因此，增材制造已成为各国必争的战略要地。

2012年，美国宣布成立国家增材制造技术创新研究所，第一阶段投入7000万美元支持增材制造技术研发及应用；欧盟则设置基金支持增材制造技术，分别在诺丁汉大学、谢菲尔德大学、埃克斯特大学建立了增材制造中心；澳大利亚政府于2012年宣布支持一项航空航天领域革命性的项目“微型发动机增材制造技术”。

本土产业差距明显

目前，增材制造世界排名前三大公司——美国3D Systems、Stratasys公司、德国EOS公司——均来自发达国家，占据了全世界近70%的市场份额。

中国工程院院士、增材制造战略咨询研究组组长李培根介绍，发达国家的增材制造产业已从快速原型、工艺辅助等间接制造，发展为直接制造，新材料、新器件、新产品不断涌现，形成了集装备、材料、软件、服务于一体的增材制造产业链。

在我国，从科研院校延伸向商业化市场，是当前中国最主流的增材制造企业模式。华中科技大学、清华大学、西北工业大学等高校成为了增材制造科研的主力军。

例如，今年上半年，西北工业大学用钛合金激光增材制造技术生产了长度为5米的飞机主承力梁。

但与发达国家相比，我国还面临着明显差距。

李培根表示，我国增材制造产业存在着理论研究缺乏、关键共性技术研究不够、材料研究薄弱、装备整体性能低于国外先进水平、核心元器件依赖进口等问题。

在基础理论与成形机理研究方面，我国仅在一些局部问题上开展研究，但发达国家研究更基础、更系统、更深入。国外基于成熟理论基础上的工艺控制，在成形精度、制件性能及工艺稳定性上都有较高水平。

在材料方面，我国在种类和质量上都与国外存在差距。精密光学器件等核心元器件也依赖进口。

发展战略待定

为缩小差距，在增材制造这新一轮工业革命中占据有利位置，我国急需确定发展战略。

在此方面，美国可谓先下手为强。早在1998年，美国便制定了面向产业界的路线图。2009年，美国政府资助，由大学牵头制定了面向学术界的路线图。2013年，美国政府组建了高规格工作组，正在制定新的发展路线图。

据卢秉恒介绍，目前我国专家已初步制定了增材制造发展路线图。

“在技术方面，我国将从3D打印发展到4D（智能结构）打印，最终实现5D（生命体）打印。”卢秉恒说。

他解释道，4D打印便是通过智能材料，使其结构在温度等环境因素变化后发生变形，变成人们所需要的形态。5D打印则是细胞打印，制造出活性器官。

在应用方面，我国将按照从快速原型到产品开发再到批量制造的发展路径。

卢秉恒以不同阶段为划分，介绍了我国增材制造的发展路径和目标。

从技术角度上讲，我国2013年至2023年的目标是：主要金融材料增材制造工艺与技术基本成熟，应用于航空航天结构件及发动机关键件的制造，并普及到汽车、电器、轻工、建筑等领域，实现开发周期和费用降低一半的目标。

2023年至2033年，我国计划将3D　打印拓展至陶瓷及复合材料，发展智能材料和结构的4D打印以及生物材料和活性器官再造的5D打印。

在产业发展领域，卢秉恒表示，我国要在5年内形成增材制造的产业链，完成主要材料、关键元器件的开发，我国自主基础装备能力达到60%~80%，形成增材制造软件行业，并在不同领域形成一定的示范效应。

对于10年目标，他介绍，我国计划实现打印材料的基本供应，高价值元器件的国产化供应，并争取使增材制造显著影响产品设计和日用品制造模式，成为航空航天领域复杂零件的小批量制造手段。

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