解讀：世界各國3D打印產業發展路線！
3D打印，作為新時代的高科技產物，在傳統產業經濟持續低迷的情況下，臨危受命，肩負著一部分振興未來制造業經濟的重任。作為新興的革命技術，3D打印也在不斷與時俱進，開拓創新。在經濟全球化和工業全球化的今天，世界各國也都在加緊利用新興科技來重振國民經濟。那么，為了深入了解世界各國以及全球3D打印行業的發展現狀，筆者整理了世界主流發達國家3D打印行業發展相關資料，以供大家分析與解讀。
美國
美國3D打印行業現狀
工業行業對3D打印的市場接受度日益增高，尤其是工業級的FDM打印機，以塑料聚合物為原材料的3D打印設備使用的不斷增長，這些市場的擴張帶來了設計師和創客的大量涌現，開啟了設計思維的新空間，從而對金屬3D打印在非關鍵組件的解決方案帶來了加速影響。
生活、醫療等領域的3D打印產品也帶來了新的法規、規范的產生，包括FDA批準的材料和工藝，如Ti-6Al-4V和PAEK的粉末床制造工藝。隨著各方面市場的打開，不僅僅是監管和法規，同時也對研發人員提出了技術需求方面的新挑戰。
面臨的問題：
可用的打印材料成為頗被關注的領域。當前，缺乏針對于增材制造需求的商業打印材料，也缺乏針對于打印要求的材料解決方案服務能力。
研究與開發主要集中在材料開發、過程監控、設計優化、多材質打印、預測仿真、表面處理、微/納米打印等方面的工作。陶瓷的生物相容性和高熱的應用是一個挑戰。當前已有幾家公司的陶瓷、金屬打印技術不斷成熟。
設備工藝的穩定性改進及認證方面是另一個挑戰。增材制造仍受材料、工藝和設備的影響很大。
重點研發方向：
當前缺乏足夠的增材制造數據，設計工具的驗證(有限元，計算流體動力學分析等)需要在生產環境中來進行可靠性和可重復性的測試。對基于經驗的測試依賴性很高。整個增材制造行業呼喚標準化的快速實現，特別是設備的可用性和性能規格。當然，過程控制是下一個挑戰。大多數加工環境是封閉條件下進行的。目前研究項目也集中在現場過程監控，過程控制主要有兩種方式：一種是通過直接熔池熱監控，另一種是通過間接熔池熱監控。
為了更好地實現產品的優化，正趨向于對更好的優化和仿真工具進行研究。新的數學理論被應用到更好地優化仿生物理模型，探索所有的基于過程的結構-性能關系。增材制造的關注點也不再局限于輕量化或機械性能提升等方面，混合材料和復合打印正在開啟增材制造的又一項潛力。包括粉體性能、熱變形和表面準備的研究正在為增材制造打開更廣闊的窗口。其他領域的研究和發展趨勢包括超短激光脈沖，利用空氣動力學聚焦納米級別的3D打印技術等。
產業發展規劃：
看完了這些，我們再來看看美國政府如何規劃其增材制造的發展路線,美國政府對3D打印技術的推動作用主要體現在國家戰略、路線圖、研究計劃及執行3個層面。在這方面，中國與美國對比，真是“高佬摔跤——差得遠啊”。
在國家戰略層面，奧巴馬總統2011年出臺了“先進制造伙伴關系計劃”(AMP)；2012年2月，美國國家科學與技術委員會發布了《先進制造國家戰略計劃》；2012年3月，奧巴馬又宣布投資10億美元實施“國家制造業創新網絡”計劃(NNMI)，全美制造業創新網絡由15家制造業創新研究所組成，專注于3D打印和基因圖譜等各種新興技術，以帶動制造業創新和增長。在這些戰略計劃中，均將增材制造技術列為未來美國最關鍵的制造技術之一；2012年4月，“增材制造技術”被確定為首個制造業創新中心；2012年8月，作為“國家制造業創新網絡”計劃的一部分，位于俄亥俄州揚斯敦的美國國家增材制造創新學會(簡稱NAMII)成立，美國國防部、能源部和商務部等5家政府部門共同出資4500萬美元，首筆資金為3000萬美元；俄亥俄州、賓夕法尼亞州和西弗吉尼亞州的企業、學校和非營利性組織組成的聯合團體出資4000萬美元，該學會共獲得7000萬美元。這一學會實質上是一個由產、學、研三方成員共同組成的公-私合作研究機構，致力于增材制造技術和產品的開發，增強國內制造業競爭力，其目前主要研究的三項技術主題是打印材料特性和效能的研究、資格鑒定和認證測試，以及加工能力和過程控制。
在路線圖層面，美國曾分別于1998年和2009年兩度發布增材制造技術路線圖。美國學界2009年召開的第2個面向未來10～12年的增材制造技術研發路線圖研討會，匯集了來自學界、企業界和政府的65名專家學者，為增材制造技術制定未來10～12年的研究指南。該研討會關注增材制造技術在設計、工藝建模與控制、材料、生物醫藥應用、能源與可持續發展、教育和研發等各個方面的未來前景。通過整體評估認定，如果能夠持續推動增材制造技術走在發展前沿，那么將創造出更大的發展機遇。這份路線圖報告給出的關鍵建議是建立美國國家測試床中心(NationalTestBedCenter，NTBC)，推動未來該領域的設備和人力資源發展，并展示制造研究的概念。在2009路線圖的基礎上，北美焊接和材料結合工程技術領導組織——愛迪生焊接研究所(EdisonWeldingInstitute，EWI)成立了添加制造聯盟(AMC)，主要目標是提高增材制造技術的成熟度，并以國家為基礎，倡導資助增材制造技術，將其從目前的新興技術層面推進到主流制造技術層面。AMC目前包括大型企業、小型企業以及政府機構和重要的大學研究機構等33個企業成員與合作組織。
在研究計劃及執行層面，美國福特走在了前面。福特正在開發一種高度靈活的新型3D打印制造技術，福特稱其為自由曲面加工技術(F3T)，以降低小批量消費鈑金零件所需的本錢和時間。F3T技術制造三維外形的模具僅僅需求幾個小時，一旦投產，原型制造在三日內便能夠完成，假如依照傳統辦法，則需要兩到六個月。而且，F3T技術也為產品制造提供了更廣的個性化選擇。但目前F3T技術仍處于早期階段，僅能提供小范圍應用，還無法滿足大批量消費。該技術在航空航天、國防、交通運輸和家電行業中也具有寬廣的應用前景。美國能源部計劃對新一代產品提供704萬美元的能源補助，以推進節能高效的制造工藝。包括福特和其他協作者在內的五個創新制造項目，初期展開階段三年，取得了總額為235萬的能源資助。
歐盟
在歐盟地七框架計劃的資助下，名為“3D打印標準化支持行動（SASAM）”的項目在今年8月發布了一份3D打印標準化路線圖。該路線圖旨在作為歐洲標準的一個模板，其中闡述了標準化對于產業應用及現有3D打印技術標準發展的重要性，明確了標準化與優先關注標準之間的差距，最終有助于產業發展符合最佳實踐。通過與主要的規范化或標準化機構保持聯系，將能確保該目標的實現。在更加容易產業化的同時，又能節省原料保證質量。
在3D打印技術中金屬材料的3D打印制造技術是難度最大的，由于金屬的熔點較高、金屬液體固液相變、表面擴散以及熱傳導等多種物理過程中復雜的變量，還要考慮生成的晶體組織是否良好，整個試件是否均勻、內部雜質和孔隙的大小等等因素，為此，一般需要激光技術加以配合，激光的功率和能量分布、激光聚焦點的移動速度和路徑、加料速度、保護氣壓、外部溫度等等。一般而言，激光快速成型需要用高功率的激光照射試件表面，融化金屬粉末，形成液態的熔池，然后移動激光束，熔化前方的粉末而讓后方的金屬液冷卻凝固。周邊需要有送粉裝臵、惰性氣體保護、噴頭控制等來配套。
3D打印技術將支持創新，實現成本、資源有效的生產，以保持歐盟制造業的高度競爭力。歐洲3D打印平臺起草了戰略研究議程，其中強調了標準化的重要支柱作用，并且最終通過SASAM成功制訂出路線圖。
隨著歐盟路線圖的發布及實施，3D打印技術定將成為其最新的關注方向。與此同時，作為3D打印技術的原材料，相關稀有金屬的需求也將得到拉動。而作為全球最大的稀有金屬交易所，泛亞也將會在收儲、定價等方面助力國家保持稀有資源大國的地位，助力未來新興產業發展和高端制造業的發展。
中國
緊跟著“工業4.0”的腳步，我國政府推出了備受矚目的“中國制造2025”。之后又相繼出臺了不少政策來激勵國內的傳統制造業轉型升級，逐漸向先進制造方向過渡。而今年年中，國務院總理李克強親自開展了“3D打印與先進制造專題會議”，會中總理耐心聽取了相關領域最新動態與未來趨勢的報告。從這些方面我們可以看到，國家對于增材制造等高新技術的發展十分重視。
但就我國目前的情況來看，雖然許多企業都相繼推出了其獨具特色的工業級3D打印機和專利，但是我國畢竟是后起之秀，真正的技術方面還與美國，歐盟等發達國家有一定的差距。
但是，據目前的情況來分析，中國增材制造的總體趨勢還是一片向好的。由于最近政策的不斷推進，3D打印也是廣受支持，而且中國如此大的制造業市場，未來發展更是無可限量。因為作為制造工藝的全新升級，3D打印具備高效、便利、省時省力省成本等優勢，未來的制造業還需要在許多方面依靠3D打印來不斷進步，緊追發達國家的腳步。
而且在12月13日，中國工程院院士、西安交通大學機械工程學院院長、“國課第一講”盧秉恒院士做客“創新大講堂”講座上提出3D打印如何與中國制造業發展有機結合，并系統講述了3D打印發展歷程、國內外現狀、打印原理、主流技術、應用領域和發展方向等內容。他認為，雖然如今中國制造有了迅猛發展，但與發達國家尚有差距。他又從創新驅動和人才為本兩個角度為大家講解了中國制造2025，“要做到創新驅動，就需要進行全社會的協同，不僅要將工業領域的需求同市場相結合，讓資金向制造業流動，還需要創新協同的發展。中國制造2025需要創新人才和創新技術，只有創新，才是我們走向創新社會的基礎�！北R秉恒院士并在會后提出了“兩個十年”的目標規劃。即，“十年以內中國可成為世界3D打印的第二大國；再過十年我們能夠和美國并駕齊驅�！钡壳�，中國雖然已走入全球3D打印研發競賽的行列，但與世界發達國家仍然存在很大的差距，需要一代又一代中國人的努力與拼搏。
(責任編輯：admin)
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