引言：中國部分領先企業(yè)已經(jīng)進行了多年實踐和探索，積累了一些經(jīng)驗，在增材制造技術、產(chǎn)業(yè)化技術方面開始推動行業(yè)的發(fā)展，能夠為行業(yè)提供更好支撐，包括產(chǎn)業(yè)化環(huán)境的支撐，有利于行業(yè)的發(fā)展。
增材制造技術是制造業(yè)驅(qū)動創(chuàng)新的一個共性技術，它將各種材料應用于廣泛的領域，在多種場合、以各種批量生產(chǎn)都可以完成，而且，增材制造為產(chǎn)品和裝備重新再設計開拓了創(chuàng)新空間，也使產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)得到一個非常好的工具，能夠支撐制造業(yè)從大批量生產(chǎn)走向個性化定制。
目前，我國增材制造產(chǎn)業(yè)領域的一些領先公司，包括杭州先臨三維科技股份有限公司(下稱先臨三維)、西安鉑力特激光成形技術有限公司(下稱鉑力特)、寧夏共享集團有限責任公司(下稱共享集團)、上海航天設備制造總廠(下稱上海航天設備)等已經(jīng)在增材制造技術、產(chǎn)業(yè)化技術方面開始推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進行了多年實踐和探索，積累了一些經(jīng)驗，能夠為行業(yè)提供更好支撐，包括產(chǎn)業(yè)化環(huán)境的支撐，有利于行業(yè)的發(fā)展。
先臨三維：3D打印+互聯(lián)網(wǎng)
先臨三維專注于3D打印+互聯(lián)網(wǎng)。該公司首席執(zhí)行官李濤指出，3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與經(jīng)濟發(fā)展趨勢密不可分。在現(xiàn)代制造中，隨著各種經(jīng)濟環(huán)境以及消費趨勢的變化，制造產(chǎn)業(yè)從早期的集中規(guī)?；⑸倨贩N、大批量生產(chǎn)，逐步過渡到多品種、小批量生產(chǎn)，以及流行性制造方面的發(fā)展。現(xiàn)在，幾乎所有的制造企業(yè)都在推動個性化定制。
3D打印有三大主要特點：
一是，它可以制造任意復雜的造型，對制造設施的需求相對過去更加簡化，進而讓制造流程更加簡單和靈活。全球范圍內(nèi)3D打印之所以被如此重視，就是因為3D打印技術有它獨特的特點和好的應用前景。這些特點會在未來推動經(jīng)濟關系和消費關系變化過程中起主要作用。
二是，3D打印會成為更好的制造工具。很多用戶已經(jīng)將3D打印作為一種研發(fā)工具。目前，不少企業(yè)在推動直接數(shù)字化制造，而3D打印已經(jīng)成了間接制造，但是它不能成為標準化的制造工具，使用規(guī)模上受限。3D打印要廣泛應用，還需要推動更多、更廣泛的材料變革，制造成本和方便性方面要有更大的改進。3D打印能夠推動新的消費與生產(chǎn)關系的變革，即未來個性化和定制化為主的消費生產(chǎn)關系變革。李濤認為，個性化和定制化在整個產(chǎn)業(yè)中還屬于高端小眾化應用。一些高端用戶不計代價讓制造商為他做量體制造，使用的卻還是傳統(tǒng)制造流程，但成本更高。
三是，除了成為更好的制造工具之外，3D打印還應該能夠讓個性化定制成為一種規(guī)模化應用，而不僅僅是小眾應用。如何實現(xiàn)規(guī)?；?，有兩點是非常重要的：首先，除了技術本身之外，還需要去研究整個3D打印作為一項制造工具，如何與現(xiàn)有的智能制造的設計和制造流程融合在一起，比如跟數(shù)控機床，還有其他的數(shù)字化加工工具融合在一起，它不能脫離制造技術的現(xiàn)實發(fā)展。其次，3D打印還要承擔一個新的使命，推動制造與消費關系的升級，促進個性化和定制化的規(guī)模化應用。
先臨三維在推動3D打印方面做了四個方面的努力：
首先，技術研究方面不懈怠。所有的技術研發(fā)一定離不開投入。先臨三維連續(xù)五年堅持將公司每年營收20%以上的資金投入到技術研發(fā)上，2016年的投入接近6000萬元。李濤說，雖然對一家企業(yè)來說，在目前的經(jīng)濟階段這種投入非常吃力，但它是值得的。任何技術的發(fā)展都有厚積薄發(fā)的過程，積累非常重要，也是不可跳過的環(huán)節(jié)。
其次，應用經(jīng)驗持續(xù)積累。先臨三維在全國各地建設以3D打印為核心的快速制造服務平臺，目的是希望拉近與用戶之間的物理距離，能夠去實踐3D打印或者增材制造技術。目前該公司在全國設了十幾家服務平臺，累計服務了5000多家用戶，積累了很多3D打印技術方面的經(jīng)驗，掌握了很多用戶體驗的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進一步反哺裝備研發(fā)和技術研發(fā)以及商業(yè)模式的調(diào)整。重點應用包括：國防、軍工以及航空航天高端裝備領域的服務;以人為中心的大消費市場，包括個性化定制消費、醫(yī)療、教育、汽車、家電等許多與人相關的應用，這是未來新的生產(chǎn)消費關系核心點所在。
再次，促進商業(yè)模式的優(yōu)化,這是先臨三維工作的核心。制造技術要結(jié)合一定的商業(yè)模式才能得到更大規(guī)模應用和普及，互聯(lián)網(wǎng)化就是商業(yè)模式形成的有利條件。3D打印技術和互聯(lián)網(wǎng)技術有非常多共通點，比如去中心化，平等接入更多用戶，都以數(shù)字化為基礎，都需要更好的交互手段等。3D打印技術+互聯(lián)網(wǎng)技術，能夠把現(xiàn)有的裝備和應用流程逐步接入互聯(lián)網(wǎng)的平臺，不僅僅通過網(wǎng)站讓用戶找到裝備，或者找到供應商、找到用戶，公司還希望把數(shù)據(jù)的采集設計、訂單交付與網(wǎng)絡平臺結(jié)合起來，對在線制造流程進行完善和優(yōu)化，未來使更多用戶能夠接入到個性化定制化的業(yè)務中去，推動3D打印技術普及和規(guī)模化。
先臨三維設立線下的服務點，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺把線下服務點融合起來。這能夠讓更多用戶體驗就近服務。平臺不僅僅包括先臨三維自己的服務網(wǎng)點，也包括第三方的服務網(wǎng)點。線下服務點的建設是為了迎接人人參與設計，人人參與制造這種個性化定制時代的到來。用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺找到現(xiàn)成的數(shù)據(jù)，也可以自己創(chuàng)造數(shù)據(jù)在平臺上分享。下一步，公司會針對特定的應用，如個性化醫(yī)療定制，建設更廣泛的體驗平臺，如3D造平臺。用戶數(shù)據(jù)可以在平臺上自動報價，自動匹配最近的服務平臺。這個平臺是開放的，許多小的服務平臺接入進來，也可以享受用戶在線下的訂單匹配。
通過這樣的方式，先臨三維希望讓更多軟件的供應商、設計者，以及服務平臺、服務公司合作起來，共同推動數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、設計和制造流程的優(yōu)化，推動個性化和定制化時代更加順暢地到來。
最后，先臨三維堅持3D掃描、3D打印、設計一體化發(fā)展。先臨三維以3D數(shù)字和3D打印技術為平臺，推動科技教育的發(fā)展，設置課外體驗的活動。讓參與者體驗新的技術，熟悉數(shù)字化設計和制造工具，為整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)中堅力量。先臨三維的一個遠景目標，就是希望構(gòu)建3D打印生態(tài)圈，讓個性化產(chǎn)品走進億萬家庭。
李濤說，如果未來個性化定制得到大發(fā)展，設計一定會成為3D打印越來越大的瓶頸，而如果更多人參與到設計和數(shù)據(jù)創(chuàng)造當中，3D掃描和設計協(xié)同化會成為重要環(huán)節(jié)。先臨三維一直在構(gòu)建一體化技術應用流程，從各個環(huán)節(jié)降低技術的應用成本和使用門檻，以使3D打印的使用體驗更加方便。
鉑力特：增材制造與創(chuàng)新設計
鉑力特現(xiàn)在的使命是將金屬3D打印走進千萬家工廠。鉑力特總經(jīng)理薛蕾介紹，鉑力特團隊20多年前就做金屬3D打印，公司在探索實踐過程中也感覺到了行業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)的前進。
基于公司積累的經(jīng)驗，鉑力特面對的市場包括：第一是精密制造，包括面向輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計和整體化功能集成。第二，與程序相關的業(yè)務，包括：快速研制與快速制造;組合制造，把現(xiàn)有的加工技術與金屬3D打印結(jié)合起來，獲得一種成本更低的制造方式;修復性再制造。
以上兩個市場，一個解決復雜性的問題，一個解決成本性問題。
3D打印是一種有效解決復雜性問題的有效手段。通?？梢园旬a(chǎn)品按復雜性分為兩類，一種是天然個體的復雜性，即零件本身很復雜。一種是零件本身不復雜，但由于零件制造的過程比較復雜，或者大規(guī)模制造會帶來復雜性問題。3D打印貴在通過設計領域的一些變革，包括設計人員設計思想的變革，做出整體更有效的零件。這樣的零件與傳統(tǒng)的零件不一樣，它提高了零件的適應性能，另外還可有效解決復雜性。這是推動金屬3D打印大規(guī)模應用的必然道路。
一個例子是，GE通過3D打印設計案例做了兩件事：證明了3D打印解決復雜性問題的能力;推動研發(fā)模式或設計模式的變革。GE把設計方案在網(wǎng)站上做了招標，全球56個國家約700個設計方案參與投標，最后選出十個最優(yōu)方案，打出零件做測試，十個里面只有一個不符合要求。最后的冠軍產(chǎn)品重量327克，相比使用傳統(tǒng)設計的2公斤重，重量減輕了84%。這些變革讓設計師非常興奮。
與GE一樣，鉑力特團隊服務的航空航天領域，所有的專家包括設計師每天都在為減輕每一克的重量而奮斗。3D打印是解決這個領域復雜性問題非常好的突破點。
未來，金屬3D打印的趨勢將向輕量化結(jié)構(gòu)、復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)、整體化功能集成、快速研制與快速制造、組合制造、修復與再制造方向發(fā)展。薛蕾建議廠家都要在新的設計方面下功夫，包括個性化的定制設計。第一，業(yè)界要盡快建立起功能優(yōu)先的設計理念。第二，要在設計實踐中普遍使用最優(yōu)化的設計方法。第三，強化增材制造與最優(yōu)化設計的互動研究。第四，加強新型人才的培養(yǎng)。第五，3D打印技術要真正實現(xiàn)規(guī)?；瘧?，面向工業(yè)這個部分來說，一定要靠創(chuàng)新設計來推動。
共享集團：推動鑄造3D打印應用
鑄造3D打印在推進整個鑄造產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式改變。共享集團董事長彭凡指出，共享集團過去三年多生產(chǎn)了約五大類幾百種兩千多根用3D打印做的砂型，包括機床件、液壓件、航空航天鋁合金件等。傳統(tǒng)上多品種小批量手工勞動的生產(chǎn)，現(xiàn)在可以實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化智能化生產(chǎn)。傳統(tǒng)的鑄造以手工勞動為主，是裝備制造業(yè)最基礎、最傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)在利用3D打印，員工可以在空調(diào)環(huán)境中工作，用APP電腦的按鈕進行生產(chǎn)，整個生產(chǎn)方式和勞動環(huán)境被顛覆。
共享集團的研發(fā)工作開始得很有意思。用彭凡的話說，做研發(fā)是被逼出來的。
集團原本希望引進國外先進技術，但是后來發(fā)現(xiàn)這種方式受到對方的多方制約，如買的設備沒有對方人員指導自己無法使用，材料成本太高，維護保養(yǎng)都需要對方來做。無奈之下，共享集團開始通過互聯(lián)網(wǎng)+研發(fā)的形式進行研發(fā)，用全球最先進的東西對標。利用先進的技術和資源，歷經(jīng)無數(shù)次設計、修改、驗證，加上全球采購，3D打印設備終于研發(fā)出來。
研發(fā)分為四個階段。一是引進消化吸收，全部進口。二是自己研發(fā)功能樣機。彭凡介紹，現(xiàn)在已經(jīng)走到第三和第四階段。目前首臺產(chǎn)業(yè)機已投入生產(chǎn)，2016年年底之前計劃投入小批量，約做6臺產(chǎn)業(yè)機。鑄造用的3D打印相關材料全部都是化工研究所開發(fā)，設備價格下降，生產(chǎn)效率提高，可以解決產(chǎn)業(yè)化應用的問題。
通過幾年的努力，共享集團攻克了材料、工藝、軟件、設備等問題，聚焦鑄造的產(chǎn)業(yè)化應用，受理專利132項，授權35項。目前，一個3D打印鑄造工廠即將竣工，正在建第二個3D打印鑄造工廠，計劃投入12臺自己制造的3D設備與機器相結(jié)合，生產(chǎn)效率可比現(xiàn)在的鑄造效率提高5倍。
共享集團研發(fā)了兩種機型，一種是打砂型，另一種是FDM型，用于打模具。此外，集團提出打造鑄造3D打印等新技術+鑄造智能工廠，通過把工廠的工序單元化，把3D打印技術與智能工廠相結(jié)合，推進產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型。
上海航天設備：航天應用與工業(yè) 轉(zhuǎn)型升級
在3D打印方面，增材制造的一大優(yōu)勢是簡化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能。從理論上說，零部件越多越不安全。3D打印技術的一個明顯優(yōu)勢就是可以將多個零部件集合成一個整體制造出來，減少零部件的數(shù)量，其安全性和可靠性隨之提高。上海航天設備科瑞工研所副所長王聯(lián)鳳表示，上海航天設備制造總廠在3D打印技術航天應用上做了很多工作。
上海航天設備非常關注3D打印如何和航天應用結(jié)合，主要體現(xiàn)在以下四個方面：第一是解決形狀復雜性，更多體現(xiàn)出在形狀、性能以及相關方面目前還沒有達到所想即所得。第二是與全色彩、異質(zhì)材料以及不銹鋼相關的材料問題?，F(xiàn)在用鈦合金或者鋁合金，也需要一些過渡材料，遇到了一些難題。但3D打印提供了一個新的解決問題的手段。第三是在層次復雜性上，3D打印可以滿足多尺度的宏觀微觀工藝結(jié)構(gòu)，可以取代傳統(tǒng)制造的一些部分，在解決制造難題過程中對傳統(tǒng)制造做有機補充。第四是在航天制造過程中，零部件可靠性能不能滿足在空間條件下以及相關的，特別是在空間結(jié)構(gòu)上的要求。航天零件設計與其他應用設計不同，要求設計的零件壽命必須超過15年，才能解決疲勞性問題，這方面上海航天設備也在用3D打印不斷做嘗試，助力產(chǎn)業(yè)升級。
增材制造在航天應用中凸顯了它的優(yōu)勢。比如，美國NASA在2013年8月22日進行的高溫點火試驗中，增材制造的J-2X 火箭發(fā)動機噴注器產(chǎn)生了創(chuàng)紀錄的9噸推力。整體式噴注器組零件數(shù)由原來的115個集成為兩個，大大縮短了生產(chǎn)周期。
3D打印零件作為一體化制造在無人機領域應用比較廣泛?；裟犴f爾用3D打印做的無人機，已經(jīng)用于實際的救援救災中，國內(nèi)公司也在用3D打印做無人機，在減輕無人機重量方面有大量應用。傳統(tǒng)上特殊的合金使用溫度比較高，可能達到1800攝氏度，傳統(tǒng)加工的方式滿足不了這種需求，而3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)設計需求。
當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起，增材制造是其中的代表性技術之一，是一項具有變革意義的新型制造工藝，對突破研發(fā)瓶頸或解決設計難題，助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造、助推新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，培育我國經(jīng)濟發(fā)展的新動能具有重要意義。我國企業(yè)在增材制造領域的實踐與積累，無疑為我國在未來科技和產(chǎn)業(yè)制高點占有一席之地贏得先機。
（轉(zhuǎn)載）
