增材制造(Additive Manufacturing,AM)技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術(shù),相對于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術(shù),是一種“自下而上”的制造方法。近二十年來,AM技術(shù)取得了快速的發(fā)展,“快速原型制造(Rapid Prototyping)”、“三維打印(3D Printing )”、“實體自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”之類各異的叫法分別從不同側(cè)面表達(dá)了這一技術(shù)的特點。
在工業(yè)4.0以及制造業(yè)回歸的背景下,增材制造受到越來越多國家的重視,在全球范圍內(nèi)掀起了新一股熱潮。隨著各國政府資源的傾斜,增材制造在工業(yè)制造領(lǐng)域應(yīng)用取得了實質(zhì)性進展。我國在該領(lǐng)域早有涉及,為落實國務(wù)院關(guān)于發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決策部署,搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大機遇,加快推進我國增材制造(又稱“3D打印”)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展,工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財政部研究制定了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃(2015-2016年)》。工業(yè)和信息化部于2015年2月28日公布了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃(2015-2016年)》。以此同時歐盟也于近日公布了增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。
《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃(2015-2016年)》目標(biāo)及推進計劃
發(fā)展目標(biāo):
到2016年,初步建立較為完善的增材制造產(chǎn)業(yè)體系,整體技術(shù)水平保持與國際同步,在航空航天等直接制造領(lǐng)域達(dá)到國際先進水平,在國際市場上占有較大的市場份額。
1.產(chǎn)業(yè)化取得重大進展。增材制造產(chǎn)業(yè)銷售收入實現(xiàn)快速增長,年均增長速度30%以上。進一步夯實技術(shù)基礎(chǔ),形成2-3家具有較強國際競爭力的增材制造企業(yè)。
2.技術(shù)水平明顯提高。部分增材制造工藝裝備達(dá)到國際先進水平,初步掌握增材制造專用材料、工藝軟件及關(guān)鍵零部件等重要環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)。研發(fā)一批自主裝備、核心器件及成形材料。
3.行業(yè)應(yīng)用顯著深化。增材制造成為航空航天等高端裝備制造及修復(fù)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段,初步成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產(chǎn)品的實現(xiàn)手段以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具。在全國形成一批應(yīng)用示范中心或基地。
4.研究建立支撐體系。成立增材制造行業(yè)協(xié)會,加強對增材制造技術(shù)未來發(fā)展中可能出現(xiàn)的一些如安全、倫理等方面問題的研究。建立5-6家增材制造技術(shù)創(chuàng)新中心,完善扶持政策,形成較為完善的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。
推進計劃:
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依托高校、科研機構(gòu)開展增材制造專用材料特性研究與設(shè)計,鼓勵優(yōu)勢材料生產(chǎn)企業(yè)從事增材制造專用材料研發(fā)和生產(chǎn),針對航空航天、汽車、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的重大需求,突破一批增材制造專用材料。針對金屬增材制造專用材料,優(yōu)化粉末大小、形狀和化學(xué)性質(zhì)等材料特性,開發(fā)滿足增材制造發(fā)展需要的金屬材料。針對非金屬增材制造專用材料,提高現(xiàn)有材料在耐高溫、高強度等方面的性能,降低材料成本。到2016年,基本實現(xiàn)鈦合金、高強鋼、部分耐高溫高強度工程塑料等專用材料的自主生產(chǎn),滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用的需求。
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積極搭建增材制造工藝技術(shù)研發(fā)平臺,建立以企業(yè)為主體,產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的協(xié)同創(chuàng)新機制,加快提升一批有重大應(yīng)用需求、廣泛應(yīng)用前景的增材制造工藝技術(shù)水平,開發(fā)相應(yīng)的數(shù)字模型、專用工藝軟件及控制軟件,支持企業(yè)研發(fā)增材制造所需的建模、設(shè)計、仿真等軟件工具,在三維圖像掃描、計算機輔助設(shè)計等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。解決金屬構(gòu)件成形中高效、熱應(yīng)力控制及變形開裂預(yù)防、組織性能調(diào)控,以及非金屬材料成形技術(shù)中溫度場控制、變形控制、材料組份控制等工藝難題。
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依托優(yōu)勢企業(yè),加強增材制造專用材料、工藝技術(shù)與裝備的結(jié)合,研制推廣使用一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的增材制造裝備,不斷提高金屬材料增材制造裝備的效率、精度、可靠性,以及非金屬材料增材制造裝備的高工況溫度和工藝穩(wěn)定性,提升個人桌面機的易用性、可靠性。重點研制與增材制造裝備配套的嵌入式軟件系統(tǒng)及核心器件,提升裝備軟、硬件協(xié)同能力。
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一是研究制訂增材制造工藝、裝備、材料、數(shù)據(jù)接口、產(chǎn)品質(zhì)量控制與性能評價等行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合用戶需求,制定基于增材制造的產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,促進增材制造技術(shù)的推廣應(yīng)用。鼓勵企業(yè)及科研院所主持或參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,提升行業(yè)話語權(quán)。
二是開展質(zhì)量技術(shù)評價和第三方檢測認(rèn)證。針對目前用戶對增材制造產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、尺寸精度、可靠性等方面的疑慮,就航空航天、汽車、家電、生物醫(yī)療等對國家和人民生活安全有重大影響的行業(yè)使用增材制造技術(shù)直接制造產(chǎn)品,開展質(zhì)量技術(shù)評價和第三方檢測認(rèn)證,確保產(chǎn)品的各項指標(biāo)滿足用戶需求,促進增材制造技術(shù)的推廣應(yīng)用。
(五)大力推進應(yīng)用示范
一是組織實施應(yīng)用示范工程。依托國家重大工程建設(shè),通過搭建產(chǎn)需對接平臺,著重解決金屬材料增材制造在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用問題,在具備條件的情況下,在國防軍工其他領(lǐng)域予以擴展。在技術(shù)相對成熟的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域,發(fā)展增材制造服務(wù)中心和展示中心,通過為用戶提供快速原型和模具開發(fā)等方式,促進增材制造的推廣應(yīng)用。對于創(chuàng)意設(shè)計、個性化定制等領(lǐng)域,通過搭建共性服務(wù)平臺,支持從事產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域的中小型服務(wù)企業(yè)采用網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模式,提高專業(yè)化服務(wù)水平。完善個性化增材制造醫(yī)療器械在產(chǎn)品分類、臨床驗證、產(chǎn)品注冊、市場準(zhǔn)入等方面的政策法規(guī)。
二是支持建設(shè)公共服務(wù)平臺。在具備優(yōu)勢條件的區(qū)域搭建公共服務(wù)平臺,發(fā)展增材制造創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)用中心,為用戶提供創(chuàng)新設(shè)計、產(chǎn)品優(yōu)化、快速原型、模具開發(fā)等應(yīng)用服務(wù),促進增材制造技術(shù)的推廣應(yīng)用。加大對增材制造專用材料、裝備及核心器件研發(fā)基地建設(shè)的支持力度,加快形成產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展,盡快形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
三是組織實施學(xué)校增材制造技術(shù)普及工程。在學(xué)校配置增材制造設(shè)備及教學(xué)軟件,開設(shè)增材制造知識的教育培訓(xùn)課程,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的興趣、愛好、意識,在具備條件的企業(yè)設(shè)立增材制造實習(xí)基地,鼓勵開展教學(xué)實踐。
增材制造標(biāo)準(zhǔn)化支持行動(SASAM)
在歐盟地七框架計劃的資助下,名為“增材制造標(biāo)準(zhǔn)化支持行動(SASAM)”的項目近日發(fā)布了一份增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。
該路線圖旨在作為歐洲標(biāo)準(zhǔn)的一個模板,其中闡述了標(biāo)準(zhǔn)化對于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用及現(xiàn)有增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的重要性,明確了標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)之間的差距,最終有助于產(chǎn)業(yè)發(fā)展符合最佳實踐。通過與主要的規(guī)范化或標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)保持聯(lián)系,將能確保該目標(biāo)的實現(xiàn)。
增材制造技術(shù)是生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的高質(zhì)量零部件的高效和有效的方式。實際上,它能夠生產(chǎn)出那些以往無法實現(xiàn)的零部件樣式。同時,還能夠最大程度地減少生產(chǎn)過程中所需的工裝和機械裝置,減少相關(guān)的廢料,電力消耗以及過多的安裝。
然而,一直以來增材制造技術(shù)主要集中在原型的制造方面,就其本質(zhì)而言,該技術(shù)不適合那些可以標(biāo)準(zhǔn)化的重復(fù)性工作。此外,即使是在較大批量的生產(chǎn)中,雜亂的工藝參數(shù)也會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。缺乏標(biāo)準(zhǔn)化會導(dǎo)致無法接受的變化率,特別是在航空航天和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
增材制造技術(shù)將支持創(chuàng)新,實現(xiàn)成本、資源有效的生產(chǎn),以保持歐盟制造業(yè)的高度競爭力。歐洲增材制造平臺(European Platform for AM)起草了戰(zhàn)略研究議程,其中強調(diào)了標(biāo)準(zhǔn)化的重要支柱作用,并且最終通過SASAM成功制訂出路線圖。
編者語:
增材制造技術(shù)的出現(xiàn),為復(fù)雜零部件制造提供了新選擇,它將作為傳統(tǒng)加工方式的很好補充,共同推進產(chǎn)業(yè)化升級。在《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃(2015-2016年)》以及歐洲增材制造平臺的議程中,標(biāo)準(zhǔn)化都得到了重要體現(xiàn),這也將為規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強力保障。除此之外,隨著伴隨著個性化定制而來的“專利保護”也亟待進一步完善。
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