增材制造從產業培育步入推廣應用新階段
——《增材制造產業發展行動計劃(2017—2020年)》解析

歐陽安

工業和信息化部裝備工業發展中心，北京，100804

增材制造技術是一項新興制造技術，實現了制造方式從等材、減材到增材的重大轉變，體現了信息網絡技術、先進材料技術和數字制造技術的緊密結合，對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生了深刻的影響。我國已將增材制造技術作為制造強國的重要發展方向之一。其裝備制造、專用材料制造、工業設計服務均已被納入戰略性新興產業門類。

2015年2月，工業和信息化部和國家發改委、財政部聯合印發了《國家增材制造產業發展推進計劃(2015—2016年)》(以下簡稱《推進計劃》)，在政策引導和社會各界的共同努力下，增材制造產業快速發展。為有效銜接《推進計劃》，2017年12月，工業和信息化部等12個部門印發了《增材制造產業發展行動計劃(2017—2020年)》(以下簡稱《行動計劃》)，明確了新時期產業發展的指導思想、基本原則、發展目標和重點任務。

1 《行動計劃》核心要義

《行動計劃》遵循四大基本原則，即：創新驅動，夯實基礎；需求牽引，統籌推進；軍民融合，開放合作；市場主導，政府引導?？傮w上，強調以需求為牽引，以企業為主體，加強關鍵共性技術研究，推進增材制造在傳統產業、新興消費和軍工等領域的廣泛應用，鼓勵國際交流合作，促進產業集聚化發展。

《行動計劃》提出“四五六五”的核心思路，即聚焦四大重點領域、實施五項重點任務，采取六項保障措施，實現五大發展目標。

(1)四大重點領域。①航空、航天、船舶、核工業、汽車、電力裝備、軌道交通裝備、家電、模具、鑄造等在內的重點制造領域;②醫療領域；③文化領域；④教育領域。

(2)五項重點任務。①提高創新能力，完善增材制造創新中心運行機制，推進前瞻性、共性技術研究和先進科技成果轉化；突破一批關鍵共性技術，提早布局新一代增材制造技術研究。②提升供給質量，開展增材制造專用材料、關鍵材料制備技術及裝備的研發，提升材料的品質和性能穩定性；大力突破增材制造裝備、核心器件及專用軟件的質量、性能和穩定性；提升行業整體服務質量和用戶對增材制造技術的認可程度。③推進示范應用，以直接制造為主要戰略取向，兼顧原型設計和模具開發應用，推動增材制造在四大領域的規?；瘧茫€上線下打通增材制造在社會、企業、家庭中的應用路徑。④培育龍頭企業，支持骨干企業積極整合國內外技術、人才和市場等資源，加強品牌培育；促進全產業鏈協同發展，鼓勵特色優勢地區加快培育世界級先進增材制造產業集群，助推龍頭企業的發展壯大。⑤完善支撐體系，完善增材制造產業計量測試服務體系，健全增材制造標準體系，加快檢測與認證機構培育，加快人才培養，健全人才激勵機制。

(3)六項保障措施。包括：加強統籌組織協調，加大財政支持力度，著力拓寬融資渠道，深化國際交流合作，強化行業安全監管，發揮行業組織作用。其中，增材制造技術的發展，可能會帶來知識產權、刑事犯罪、人類倫理等方面的社會問題，《行動計劃》明確提出了要強化增材制造行業的安全監管，將研究建立增材制造裝備生產、銷售、應用等環節以及從業人員的監管制度。

(4)五大發展目標。到2020年，一是我國增材制造產值保持年均30%以上的增速，產業銷售收入超過200億元；二是技術水平明顯提高，突破100種以上滿足重點行業需求的工藝裝備、核心器件及專用材料；三是行業應用顯著深化，開展100個以上試點示范項目，在重點制造及醫療、文化、教育等領域實現規模化應用；四是生態體系基本完善，形成完整的增材制造產業鏈，包括計量、標準、檢測、認證等在內的生態體系逐步完善；五是全球布局初步實現，培育2～3家以上具有較強國際競爭力的龍頭企業，打造2～3個國際知名品牌，一批裝備、產品走向國際市場。

相比《推進計劃》，《行動計劃》有幾大推動重點：一是著力推廣增材制造技術在航空、航天、船舶、核工業等重點制造領域的示范應用，推動“3D打印+”在醫療、文化創意、創新教育、互聯網等領域的規?；瘧茫欢遣粩嗤七M增材制造技術在軍工領域的創新應用，加強軍民資源共享，促進軍民兩用技術加速發展；三是著力打造從材料、工藝、軟件、核心器件到裝備的完整的增材制造產業鏈，形成涵蓋計量、標準、檢測、認證、人才等在內的增材制造生態體系；四是強化部際協同，中央地方聯動。《行動計劃》由12個部門聯發，力度空前，充分體現了國家對增材制造產業的重視和支持。

2 發展現狀與存在的問題

一是產業規模日益增長。近年來，我國增材制造產業保持高速增長。據中國增材制造產業聯盟統計，2016年我國增材制造產業總產值達80億元，年均增速超過30%，2017年產業規模已達100億元，年均增速達25%。全球增材制造產業規模也處于高速增長期，據Wohlers Associates統計，1988—2017年全球增材制造產業的年復合增長率為25.5%，2017年，全球增材制造產業產值達到73.36億美元，年均增速高達34.8%，同比增長21.0%。據IDC(International Data Corporation)預測，至2020年全球增材制造產值將達289億美元。

二是技術工藝取得突破。一批工藝設備、關鍵零部件、軟件系統加快創新，光固化成形、激光熔融沉積成形等工藝裝備達到國際先進水平。例如：鑫精合激光科技發展(北京)有限公司研發出的大型激光沉積制造設備TSC-S4510，可制備大尺寸高性能航空關鍵結構件；湖南華曙高科技有限責任公司開發了全球首款具有開源特征、多模塊功能一體化的工業級增材制造智能控制系統；深圳摩方材料科技有限公司已研發出尺寸精度達到0.5 μm的面投影微立體光刻3D打印設備。

三是專用材料研究取得進展。已有近百種增材制造專用材料實現產業化。航天海鷹(哈爾濱)鈦業有限責任公司完成了國產冷坩堝真空感應熔煉氣霧化鈦合金制粉設備的集成制造；中航邁特粉冶科技(北京)有限公司研發設計的大容量、低成本電極感應氣霧化裝置，可制備出粉末球形度為90%、氧含量在0.07%～0.13%之間的高品質球形鈦合金粉末；湖南華曙高科技有限責任公司成功開發了FS3200PA等系列尼龍粉末材料、碳纖維復合材料、玻璃微珠復合材料，在高溫高壓高精度的高分子及復合材料方面取得進展；中國科學院金屬研究所研發的高性能鈦合金棒絲材等已經量產。

四是應用領域不斷拓展。《行動計劃》實施以來，增材制造技術已從一般消費品制造推廣到高端裝備研發制造領域。西安鉑力特增材技術股份有限公司解決了航空航天極端復雜精密構件制造難題，每年可批量生產復雜精密結構件8 000余件；中廣核集團制造的核電站復雜流道儀表閥閥體，滿足國際核電標準RCC-M的要求，可小批量快速生產；北京愛康醫療科技有限公司基于三維精準構建技術(3D ACT)研發的脊柱椎間融合器已獲得上市許可；先臨三維科技股份有限公司制造的汽車排氣系統，具有復雜獨特的內部結構，可同時實現發動機氣流的直排和回壓，有效減重67%。浙江閃鑄三維科技有限公司將增材制造設備推廣進入課堂和實驗室，截至2018年3月，已在全國33個省2216所學校引進了3D打印設備，組建了實驗室。

五是生態體系初步建成。2016年年底，工業和信息化部批準西安交通大學等13家單位籌建國家增材制造創新中心。增材制造標準化技術委員會及產品質量監督檢驗中心、產業聯盟等組織相繼成立，包括標準、檢測、認證等在內的生態體系建設加速。初步形成了以環渤海地區、長三角地區、珠三角地區為核心，中西部地區為紐帶的產業集聚區。

當前,增材制造技術與信息網絡技術、新材料技術、新設計理念正加速融合,世界各國特別是發達國家都在積極布局，推動產業發展。我國增材制造產業發展速度較快,但與發達國家相比仍存在較大差距。①關鍵技術滯后,創新能力不足。高性能材料的研發和制備、高效復合增材制造工藝等關鍵共性技術急需突破，我國專用材料品種少,供應商少,高性能材料嚴重依賴進口，鎳基合金、耐高溫高強度工程塑料等材料尚無法批量生產。②關鍵核心器件依賴進口。高光束質量激光器及光束整形系統、高品質電子槍及高速掃描系統、大功率激光掃描振鏡、動態聚焦鏡等精密光學器件、陣列式高精度噴嘴/噴頭等核心器件嚴重依賴進口,專用工藝設計軟件及控制軟件在國內仍處于起步階段。③行業標準體系不健全,應用推廣有待加強。美國已在增材制造專用術語、專用材料、測試方法、過程控制和零件設計五個方面開展了相應標準的制定工作。我國已立項4項國家標準,但尚未建立起完整的增材制造標準體系。在醫療、文化創意、創新教育等領域規?；瘧糜写訌?。④產業發展迅速但整體呈現“小、散、弱”狀態。據中國增材制造產業聯盟統計,我國從事增材制造技術研發及設備生產的企業有500余家，規模以上企業僅有30多家，規模大、實力強的龍頭企業數量相對較少。2017年,國內規模最大企業的年銷售收入不足4億元,不到美國Stratasys公司年銷售額的7%。

3 政策建議

一是提高行業創新能力，加強創新體系建設。鼓勵有產業基礎、技術條件的地區建設省級增材制造創新中心，深入推進增材制造領域前瞻性、共性技術研究和先進科技成果轉化。推動建立以企業為主體、市場為導向、知識產權利益分享機制為紐帶、政產學研用協同的增材制造創新體系；組織編制產業發展路線圖，強化關鍵共性技術研究。

二是提升材料、裝備、器件及軟件的供給質量。通過現有政策渠道支持增材制造材料、裝備及關鍵零部件的研發和產業化；鼓勵增材制造領域首臺/套重大技術裝備檢驗/檢測評定體系建設，鼓勵檢驗/檢測認證機構結合增材制造產業特點，為行業發展提供更好的檢驗檢測認證服務。

三是加大增材制造技術在各領域的推廣應用。通過總結典型應用案例，遴選一批應用范圍較廣、實施效果顯著的應用案例進行推廣，不斷深化行業應用。

四是培育龍頭企業、深化國際合作。支持骨干企業發展壯大，促進科技成果轉移轉化，培育具有較強國際競爭能力的龍頭企業，打造具有國際影響力的知名品牌，推進全產業鏈協同發展，推動產業集聚區建設；鼓勵外商投資企業加大在華研發力度，支持國內企業積極“走出去”，多層次地開展專利、商標、標準方面的國際交流合作。

五是完善支撐體系，強化安全監管。健全增材制造計量體系，加強計量技術研究和測試服務；加快增材制造標準體系建設；推進增材制造領域新工科建設，推動產學合作協同育人項目。加強海外高層次科技、經營人才的引入和國際化人才的培養；加強安全宣傳和普法警示教育，推動行業組織研究加強增材制造裝備生產、銷售、應用等環節以及從業人員的監管，強化增材制造生產、流通等環節的安全宣傳，發揮行業組織作用，加強行業自制自律。

4 結論與展望

增材制造技術是對傳統制造工藝的有益互補，將提升傳統制造業向智能化、高效化方向轉變的速度，未來將展現出新的發展特點：①設計數字化。增材制造利用數字化設計軟件對材料結構進行建模仿真和拓撲優化，可直接打印制造如三維胞元結構的復雜部件，將有效減小產品質量，縮短研發周期。②材料專用化。材料是實現產品技術突破和產業升級換代的核心，隨著增材制造工藝的日益成熟和應用領域的拓展，細分領域專用材料的需求將加速推動系列高質量增材制造材料的研發。③制造智能化。增材制造為傳統生產制造探索出更多的智能制造方式，不論是設計、材料、裝備等產業鏈的智能化，還是增材制造產品全生命周期管理與服務的智能化，都將賦能傳統制造，實現智能化轉型升級。④應用多元化。通過組織材料、裝備及零部件生產企業與用戶開展需求對接，利用增材制造云平臺等新模式，線上線下打通增材制造在社會、企業、家庭中的應用路徑，增材制造的應用場景將更加多元。

增材制造已由產業化培育階段進入了推廣應用的新階段，《行動計劃》有效銜接了《推進計劃》，將以行業需求為牽引，大力推進增材制造在重點領域的規?；瘧?，著力打造“材料—設計—制備—應用”完整的增材制造產業鏈，推動形成涵蓋標準、檢測、認證等在內的產業生態體系，推進我國增材制造產業快速可持續發展，助力傳統制造轉型升級，為制造強國建設提供有力的基礎支撐。