在2018國(guó)際3D打印嘉年華上展示的3D打印作品。3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配的一體化融合，在生活、藝術(shù)、航空航天、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。新華社發(fā)

 

　　【顛覆性技術(shù)】

 

　　增材制造實(shí)現(xiàn)了制造方式從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變，改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式，將對(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)生深刻影響，被認(rèn)為是制造業(yè)領(lǐng)域代表性的顛覆性技術(shù)。

 

　　增材制造，人們最常見(jiàn)的，是3D打印，它是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)。增材制造可節(jié)約制造材料和加工時(shí)間，制作形態(tài)千奇百怪的物品，實(shí)現(xiàn)制造的個(gè)性化和定制化，并有助于推動(dòng)新材料、智能制造等領(lǐng)域的快速發(fā)展。增材制造近年研究較多的材料是陶瓷和金屬，可打印的金屬材料范圍不斷拓寬，石墨烯、復(fù)合材料等也獲得高度重視。增材制造技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向是混合材料打印、提高打印速度、實(shí)現(xiàn)大尺寸制造等。增材制造的應(yīng)用日益廣泛，汽車(chē)制造、先進(jìn)電池制備、航空航天零部件制造、人體生物仿生組織制備等都是發(fā)展熱點(diǎn)。

 

　　在3D打印的基礎(chǔ)上，科學(xué)家又提出了4D打印的概念，即3D打印出來(lái)的結(jié)構(gòu)能夠在外界激勵(lì)下發(fā)生形狀或者結(jié)構(gòu)的改變，讓物體自動(dòng)組裝構(gòu)型，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配的一體化融合，未來(lái)在生活、藝術(shù)、航空航天、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。

 

　　增材制造正在從專(zhuān)業(yè)化走向社會(huì)化，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工具轉(zhuǎn)變?yōu)榕可a(chǎn)制造的手段，正處于技術(shù)發(fā)展的井噴期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期，在醫(yī)療、文化教育、汽車(chē)、航空航天、能源與軍事領(lǐng)域取得了眾多亮點(diǎn)的研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展。例如，美國(guó)科學(xué)家以生物凝膠為材料，利用3D打印制成的人工卵巢能夠使老鼠受孕并產(chǎn)下健康的后代；英國(guó)科學(xué)家以供體干細(xì)胞、藻酸鹽和膠原蛋白為原料，創(chuàng)造出一種特制的“生物墨水”，并首次采用3D打印技術(shù)打印出人眼角膜。中國(guó)大飛機(jī)C919中采用增材制造技術(shù)，生產(chǎn)了目前國(guó)內(nèi)飛機(jī)尺寸最大、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的鈦合金主承力關(guān)鍵構(gòu)件以及長(zhǎng)達(dá)3米的中央翼緣條。中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心組織的空間增材制造技術(shù)拋物線飛機(jī)飛行試驗(yàn)對(duì)五種材料和兩種制造工藝進(jìn)行了微重力環(huán)境下的驗(yàn)證與探索，取得了成功。

 

　　為搶占增材制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī)，多個(gè)國(guó)家和地區(qū)將其列為重點(diǎn)發(fā)展方向，制定了相關(guān)規(guī)劃及扶持政策。2012年，美國(guó)國(guó)家科技委員會(huì)發(fā)布《國(guó)家先進(jìn)制造戰(zhàn)略計(jì)劃》，提出要加強(qiáng)增材制造等平臺(tái)技術(shù)，強(qiáng)化美國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)。同年，美國(guó)啟動(dòng)“國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”（現(xiàn)更名為“制造業(yè)-美國(guó)”），其中首家成立的研究所“美國(guó)制造”（America Makes）即重點(diǎn)開(kāi)展增材制造。歐盟早在第一研發(fā)框架計(jì)劃時(shí)期就開(kāi)始資助增材制造技術(shù)，在地平線2020計(jì)劃中，增材制造屬于關(guān)鍵使能技術(shù)之一，并重點(diǎn)通過(guò)“未來(lái)工廠”項(xiàng)目實(shí)施。2016年，“創(chuàng)新英國(guó)”組織發(fā)布《英國(guó)增材制造研究和創(chuàng)新概況》報(bào)告顯示，2012年9月至2022年9月，英國(guó)將在增材制造研發(fā)上投入約1.15億英鎊，重點(diǎn)關(guān)注使能技術(shù)、航空航天、醫(yī)療、材料、教育、汽車(chē)、能源、電子和國(guó)防等領(lǐng)域，金屬是重點(diǎn)研發(fā)對(duì)象。日本政府2014年部署以三維成型技術(shù)為核心的制造計(jì)劃，開(kāi)展新一代工業(yè)3D打印機(jī)技術(shù)和超精密三維成型系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)。

 

　　我國(guó)高度重視增材制造產(chǎn)業(yè)，2015年，工信部、國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》，提出要著力突破增材制造專(zhuān)用材料、加快提升增材制造工藝技術(shù)水平、加速發(fā)展增材制造裝備及核心器件、建立和完善產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系、大力推進(jìn)應(yīng)用示范。2017年，工信部等十二部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）》，提出聚焦重點(diǎn)制造（航空、航天、船舶、核工業(yè)、汽車(chē)、電力裝備、軌道交通裝備、家電、模具、鑄造等）、醫(yī)療、文化、教育等四大重點(diǎn)領(lǐng)域，實(shí)施五大重點(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)。

 

　　經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)在高性能復(fù)雜大型金屬承力構(gòu)件增材制造等部分技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，成功研制出多種關(guān)鍵工藝裝備，相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品已經(jīng)在航空航天、汽車(chē)、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用，涌現(xiàn)出一批具備一定競(jìng)爭(zhēng)力的骨干企業(yè)，形成了若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，增材制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。

 

　　展望未來(lái)，世界各國(guó)將把增材制造作為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)，推動(dòng)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)理念的加速融合，增材制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)必將大有可為。