3D打印，作為新時(shí)代的高科技產(chǎn)物，在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷的情況下，臨危受命，肩負(fù)著一部分振興未來(lái)制造業(yè)經(jīng)濟(jì)的重任。作為新興的革命技術(shù)，3D打印也在不斷與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新。在經(jīng)濟(jì)全球化和工業(yè)全球化的今天，世界各國(guó)也都在加緊利用新興科技來(lái)重振國(guó)民經(jīng)濟(jì)。那么，為了深入了解世界各國(guó)以及全球3D打印行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者整理了世界主流發(fā)達(dá)國(guó)家3D打印行業(yè)發(fā)展相關(guān)資料，以供大家分析與解讀。

美國(guó)

美國(guó)3D打印行業(yè)現(xiàn)狀

工業(yè)行業(yè)對(duì)3D打印的市場(chǎng)接受度日益增高，尤其是工業(yè)級(jí)的FDM打印機(jī)，以塑料聚合物為原材料的3D打印設(shè)備使用的不斷增長(zhǎng)，這些市場(chǎng)的擴(kuò)張帶來(lái)了設(shè)計(jì)師和創(chuàng)客的大量涌現(xiàn)，開(kāi)啟了設(shè)計(jì)思維的新空間，從而對(duì)金屬3D打印在非關(guān)鍵組件的解決方案帶來(lái)了加速影響。

生活、醫(yī)療等領(lǐng)域的3D打印產(chǎn)品也帶來(lái)了新的法規(guī)、規(guī)范的產(chǎn)生，包括FDA批準(zhǔn)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(chǎng)的打開(kāi)，不僅僅是監(jiān)管和法規(guī)，同時(shí)也對(duì)研發(fā)人員提出了技術(shù)需求方面的新挑戰(zhàn)。

面臨的問(wèn)題：

可用的打印材料成為頗被關(guān)注的領(lǐng)域。當(dāng)前，缺乏針對(duì)于增材制造需求的商業(yè)打印材料，也缺乏針對(duì)于打印要求的材料解決方案服務(wù)能力。

研究與開(kāi)發(fā)主要集中在材料開(kāi)發(fā)、過(guò)程監(jiān)控、設(shè)計(jì)優(yōu)化、多材質(zhì)打印、預(yù)測(cè)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(yīng)用是一個(gè)挑戰(zhàn)。當(dāng)前已有幾家公司的陶瓷、金屬打印技術(shù)不斷成熟。

設(shè)備工藝的穩(wěn)定性改進(jìn)及認(rèn)證方面是另一個(gè)挑戰(zhàn)。增材制造仍受材料、工藝和設(shè)備的影響很大。

重點(diǎn)研發(fā)方向：

當(dāng)前缺乏足夠的增材制造數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)工具的驗(yàn)證(有限元，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析等)需要在生產(chǎn)環(huán)境中來(lái)進(jìn)行可靠性和可重復(fù)性的測(cè)試。對(duì)基于經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試依賴性很高。整個(gè)增材制造行業(yè)呼喚標(biāo)準(zhǔn)化的快速實(shí)現(xiàn)，特別是設(shè)備的可用性和性能規(guī)格。當(dāng)然，過(guò)程控制是下一個(gè)挑戰(zhàn)。大多數(shù)加工環(huán)境是封閉條件下進(jìn)行的。目前研究項(xiàng)目也集中在現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程監(jiān)控，過(guò)程控制主要有兩種方式：一種是通過(guò)直接熔池?zé)岜O(jiān)控，另一種是通過(guò)間接熔池?zé)岜O(jiān)控。

為了更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化，正趨向于對(duì)更好的優(yōu)化和仿真工具進(jìn)行研究。新的數(shù)學(xué)理論被應(yīng)用到更好地優(yōu)化仿生物理模型，探索所有的基于過(guò)程的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。增材制造的關(guān)注點(diǎn)也不再局限于輕量化或機(jī)械性能提升等方面，混合材料和復(fù)合打印正在開(kāi)啟增材制造的又一項(xiàng)潛力。包括粉體性能、熱變形和表面準(zhǔn)備的研究正在為增材制造打開(kāi)更廣闊的窗口。其他領(lǐng)域的研究和發(fā)展趨勢(shì)包括超短激光脈沖，利用空氣動(dòng)力學(xué)聚焦納米級(jí)別的3D打印技術(shù)等。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃：

看完了這些，我們?cè)賮?lái)看看美國(guó)政府如何規(guī)劃其增材制造的發(fā)展路線,美國(guó)政府對(duì)3D打印技術(shù)的推動(dòng)作用主要體現(xiàn)在國(guó)家戰(zhàn)略、路線圖、研究計(jì)劃及執(zhí)行3個(gè)層面。在這方面，中國(guó)與美國(guó)對(duì)比，真是“高佬摔跤——差得遠(yuǎn)啊”。

在國(guó)家戰(zhàn)略層面，奧巴馬總統(tǒng)2011年出臺(tái)了“先進(jìn)制造伙伴關(guān)系計(jì)劃”(AMP)；2012年2月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)與技術(shù)委員會(huì)發(fā)布了《先進(jìn)制造國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》；2012年3月，奧巴馬又宣布投資10億美元實(shí)施“國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”計(jì)劃(NNMI)，全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)由15家制造業(yè)創(chuàng)新研究所組成，專注于3D打印和基因圖譜等各種新興技術(shù)，以帶動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新和增長(zhǎng)。在這些戰(zhàn)略計(jì)劃中，均將增材制造技術(shù)列為未來(lái)美國(guó)最關(guān)鍵的制造技術(shù)之一；2012年4月，“增材制造技術(shù)”被確定為首個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新中心；2012年8月，作為“國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”計(jì)劃的一部分，位于俄亥俄州揚(yáng)斯敦的美國(guó)國(guó)家增材制造創(chuàng)新學(xué)會(huì)(簡(jiǎn)稱NAMII)成立，美國(guó)國(guó)防部、能源部和商務(wù)部等5家政府部門共同出資4500萬(wàn)美元，首筆資金為3000萬(wàn)美元；俄亥俄州、賓夕法尼亞州和西弗吉尼亞州的企業(yè)、學(xué)校和非營(yíng)利性組織組成的聯(lián)合團(tuán)體出資4000萬(wàn)美元，該學(xué)會(huì)共獲得7000萬(wàn)美元。這一學(xué)會(huì)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)由產(chǎn)、學(xué)、研三方成員共同組成的公-私合作研究機(jī)構(gòu)，致力于增材制造技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，其目前主要研究的三項(xiàng)技術(shù)主題是打印材料特性和效能的研究、資格鑒定和認(rèn)證測(cè)試，以及加工能力和過(guò)程控制。

在路線圖層面，美國(guó)曾分別于1998年和2009年兩度發(fā)布增材制造技術(shù)路線圖。美國(guó)學(xué)界2009年召開(kāi)的第2個(gè)面向未來(lái)10～12年的增材制造技術(shù)研發(fā)路線圖研討會(huì)，匯集了來(lái)自學(xué)界、企業(yè)界和政府的65名專家學(xué)者，為增材制造技術(shù)制定未來(lái)10～12年的研究指南。該研討會(huì)關(guān)注增材制造技術(shù)在設(shè)計(jì)、工藝建模與控制、材料、生物醫(yī)藥應(yīng)用、能源與可持續(xù)發(fā)展、教育和研發(fā)等各個(gè)方面的未來(lái)前景。通過(guò)整體評(píng)估認(rèn)定，如果能夠持續(xù)推動(dòng)增材制造技術(shù)走在發(fā)展前沿，那么將創(chuàng)造出更大的發(fā)展機(jī)遇。這份路線圖報(bào)告給出的關(guān)鍵建議是建立美國(guó)國(guó)家測(cè)試床中心(NationalTestBedCenter，NTBC)，推動(dòng)未來(lái)該領(lǐng)域的設(shè)備和人力資源發(fā)展，并展示制造研究的概念。在2009路線圖的基礎(chǔ)上，北美焊接和材料結(jié)合工程技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)組織——愛(ài)迪生焊接研究所(EdisonWeldingInstitute，EWI)成立了添加制造聯(lián)盟(AMC)，主要目標(biāo)是提高增材制造技術(shù)的成熟度，并以國(guó)家為基礎(chǔ)，倡導(dǎo)資助增材制造技術(shù)，將其從目前的新興技術(shù)層面推進(jìn)到主流制造技術(shù)層面。AMC目前包括大型企業(yè)、小型企業(yè)以及政府機(jī)構(gòu)和重要的大學(xué)研究機(jī)構(gòu)等33個(gè)企業(yè)成員與合作組織。

在研究計(jì)劃及執(zhí)行層面，美國(guó)福特走在了前面。福特正在開(kāi)發(fā)一種高度靈活的新型3D打印制造技術(shù)，福特稱其為自由曲面加工技術(shù)(F3T)，以降低小批量消費(fèi)鈑金零件所需的本錢和時(shí)間。F3T技術(shù)制造三維外形的模具僅僅需求幾個(gè)小時(shí)，一旦投產(chǎn)，原型制造在三日內(nèi)便能夠完成，假如依照傳統(tǒng)辦法，則需要兩到六個(gè)月。而且，F(xiàn)3T技術(shù)也為產(chǎn)品制造提供了更廣的個(gè)性化選擇。但目前F3T技術(shù)仍處于早期階段，僅能提供小范圍應(yīng)用，還無(wú)法滿足大批量消費(fèi)。該技術(shù)在航空航天、國(guó)防、交通運(yùn)輸和家電行業(yè)中也具有寬廣的應(yīng)用前景。美國(guó)能源部計(jì)劃對(duì)新一代產(chǎn)品提供704萬(wàn)美元的能源補(bǔ)助，以推進(jìn)節(jié)能高效的制造工藝。包括福特和其他協(xié)作者在內(nèi)的五個(gè)創(chuàng)新制造項(xiàng)目，初期展開(kāi)階段三年，取得了總額為235萬(wàn)的能源資助。

歐盟

在歐盟地七框架計(jì)劃的資助下，名為“3D打印標(biāo)準(zhǔn)化支持行動(dòng)（SASAM）”的項(xiàng)目在今年8月發(fā)布了一份3D打印標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。該路線圖旨在作為歐洲標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)模板，其中闡述了標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用及現(xiàn)有3D打印技術(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(shí)踐。通過(guò)與主要的規(guī)范化或標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)保持聯(lián)系，將能確保該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在更加容易產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，又能節(jié)省原料保證質(zhì)量。

在3D打印技術(shù)中金屬材料的3D打印制造技術(shù)是難度最大的，由于金屬的熔點(diǎn)較高、金屬液體固液相變、表面擴(kuò)散以及熱傳導(dǎo)等多種物理過(guò)程中復(fù)雜的變量，還要考慮生成的晶體組織是否良好，整個(gè)試件是否均勻、內(nèi)部雜質(zhì)和孔隙的大小等等因素，為此，一般需要激光技術(shù)加以配合，激光的功率和能量分布、激光聚焦點(diǎn)的移動(dòng)速度和路徑、加料速度、保護(hù)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(tài)的熔池，然后移動(dòng)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(hù)、噴頭控制等來(lái)配套。

3D打印技術(shù)將支持創(chuàng)新，實(shí)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(jìng)爭(zhēng)力。歐洲3D打印平臺(tái)起草了戰(zhàn)略研究議程，其中強(qiáng)調(diào)了標(biāo)準(zhǔn)化的重要支柱作用，并且最終通過(guò)SASAM成功制訂出路線圖。

隨著歐盟路線圖的發(fā)布及實(shí)施，3D打印技術(shù)定將成為其最新的關(guān)注方向。與此同時(shí)，作為3D打印技術(shù)的原材料，相關(guān)稀有金屬的需求也將得到拉動(dòng)。而作為全球最大的稀有金屬交易所，泛亞也將會(huì)在收儲(chǔ)、定價(jià)等方面助力國(guó)家保持稀有資源大國(guó)的地位，助力未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和高端制造業(yè)的發(fā)展。

中國(guó)

緊跟著“工業(yè)4.0”的腳步，我國(guó)政府推出了備受矚目的“中國(guó)制造2025”。之后又相繼出臺(tái)了不少政策來(lái)激勵(lì)國(guó)內(nèi)的傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，逐漸向先進(jìn)制造方向過(guò)渡。而今年年中，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)親自開(kāi)展了“3D打印與先進(jìn)制造專題會(huì)議”，會(huì)中總理耐心聽(tīng)取了相關(guān)領(lǐng)域最新動(dòng)態(tài)與未來(lái)趨勢(shì)的報(bào)告。從這些方面我們可以看到，國(guó)家對(duì)于增材制造等高新技術(shù)的發(fā)展十分重視。

但就我國(guó)目前的情況來(lái)看，雖然許多企業(yè)都相繼推出了其獨(dú)具特色的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)和專利，但是我國(guó)畢竟是后起之秀，真正的技術(shù)方面還與美國(guó)，歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距。

但是，據(jù)目前的情況來(lái)分析，中國(guó)增材制造的總體趨勢(shì)還是一片向好的。由于最近政策的不斷推進(jìn)，3D打印也是廣受支持，而且中國(guó)如此大的制造業(yè)市場(chǎng)，未來(lái)發(fā)展更是無(wú)可限量。因?yàn)樽鳛橹圃旃に嚨娜�新升�?jí)，3D打印具備高效、便利、省時(shí)省力省成本等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)的制造業(yè)還需要在許多方面依靠3D打印來(lái)不斷進(jìn)步，緊追發(fā)達(dá)國(guó)家的腳步。

而且在12月13日，中國(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)、“國(guó)課第一講”盧秉恒院士做客“創(chuàng)新大講堂”講座上提出3D打印如何與中國(guó)制造業(yè)發(fā)展有機(jī)結(jié)合，并系統(tǒng)講述了3D打印發(fā)展歷程、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、打印原理、主流技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向等內(nèi)容。他認(rèn)為，雖然如今中國(guó)制造有了迅猛發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有差距。他又從創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和人才為本兩個(gè)角度為大家講解了中國(guó)制造2025，“要做到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，就需要進(jìn)行全社會(huì)的協(xié)同，不僅要將工業(yè)領(lǐng)域的需求同市場(chǎng)相結(jié)合，讓資金向制造業(yè)流動(dòng)，還需要?jiǎng)?chuàng)新協(xié)同的發(fā)展。中國(guó)制造2025需要?jiǎng)?chuàng)新人才和創(chuàng)新技術(shù)，只有創(chuàng)新，才是我們走向創(chuàng)新社會(huì)的基礎(chǔ)。”盧秉恒院士并在會(huì)后提出了“兩個(gè)十年”的目標(biāo)規(guī)劃。即，“十年以內(nèi)中國(guó)可成為世界3D打印的第二大國(guó)；再過(guò)十年我們能夠和美國(guó)并駕齊驅(qū)。”但目前，中國(guó)雖然已走入全球3D打印研發(fā)競(jìng)賽的行列，但與世界發(fā)達(dá)國(guó)家仍然存在很大的差距，需要一代又一代中國(guó)人的努力與拼搏。

(責(zé)任編輯：admin)

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