引言：中國部分領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了多年實(shí)踐和探索，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，在增材制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面開始推動行業(yè)的發(fā)展，能夠?yàn)樾袠I(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(shù)是制造業(yè)驅(qū)動創(chuàng)新的一個(gè)共性技術(shù)，它將各種材料應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)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(shè)計(jì)開拓了創(chuàng)新空間，也使產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)得到一個(gè)非常好的工具，能夠支撐制造業(yè)從大批量生產(chǎn)走向個(gè)性化定制。
目前，我國增材制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的一些領(lǐng)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(shù)有限公司(下稱鉑力特)、寧夏共享集團(tuán)有限責(zé)任公司(下稱共享集團(tuán))、上海航天設(shè)備制造總廠(下稱上海航天設(shè)備)等已經(jīng)在增材制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面開始推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行了多年實(shí)踐和探索，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)樾袠I(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(jì)發(fā)展趨勢密不可分。在現(xiàn)代制造中，隨著各種經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及消費(fèi)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?，F(xiàn)在，幾乎所有的制造企業(yè)都在推動個(gè)性化定制。
3D打印有三大主要特點(diǎn)：
一是，它可以制造任意復(fù)雜的造型，對制造設(shè)施的需求相對過去更加簡化，進(jìn)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?yàn)?D打印技術(shù)有它獨(dú)特的特點(diǎn)和好的應(yīng)用前景。這些特點(diǎn)會在未來推動經(jīng)濟(jì)關(guān)系和消費(fèi)關(guān)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(biāo)準(zhǔn)化的制造工具，使用規(guī)模上受限。3D打印要廣泛應(yīng)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(jìn)。3D打印能夠推動新的消費(fèi)與生產(chǎn)關(guān)系的變革，即未來個(gè)性化和定制化為主的消費(fèi)生產(chǎn)關(guān)系變革。李濤認(rèn)為，個(gè)性化和定制化在整個(gè)產(chǎn)業(yè)中還屬于高端小眾化應(yīng)用。一些高端用戶不計(jì)代價(jià)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(yīng)該能夠讓個(gè)性化定制成為一種規(guī)?；瘧?yīng)用，而不僅僅是小眾應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，有兩點(diǎn)是非常重要的：首先，除了技術(shù)本身之外，還需要去研究整個(gè)3D打印作為一項(xiàng)制造工具，如何與現(xiàn)有的智能制造的設(shè)計(jì)和制造流程融合在一起，比如跟數(shù)控機(jī)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(shù)的現(xiàn)實(shí)發(fā)展。其次，3D打印還要承擔(dān)一個(gè)新的使命，推動制造與消費(fèi)關(guān)系的升級，促進(jìn)個(gè)性化和定制化的規(guī)?；瘧?yīng)用。
先臨三維在推動3D打印方面做了四個(gè)方面的努力：
首先，技術(shù)研究方面不懈怠。所有的技術(shù)研發(fā)一定離不開投入。先臨三維連續(xù)五年堅(jiān)持將公司每年?duì)I收20%以上的資金投入到技術(shù)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(jì)階段這種投入非常吃力，但它是值得的。任何技術(shù)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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)持續(xù)積累。先臨三維在全國各地建設(shè)以3D打印為核心的快速制造服務(wù)平臺，目的是希望拉近與用戶之間的物理距離，能夠去實(shí)踐3D打印或者增材制造技術(shù)。目前該公司在全國設(shè)了十幾家服務(wù)平臺，累計(jì)服務(wù)了5000多家用戶，積累了很多3D打印技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)，掌握了很多用戶體驗(yàn)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步反哺裝備研發(fā)和技術(shù)研發(fā)以及商業(yè)模式的調(diào)整。重點(diǎn)應(yīng)用包括：國防、軍工以及航空航天高端裝備領(lǐng)域的服務(wù);以人為中心的大消費(fèi)市場，包括個(gè)性化定制消費(fèi)、醫(yī)療、教育、汽車、家電等許多與人相關(guān)的應(yīng)用，這是未來新的生產(chǎn)消費(fèi)關(guān)系核心點(diǎn)所在。
再次，促進(jìn)商業(yè)模式的優(yōu)化,這是先臨三維工作的核心。制造技術(shù)要結(jié)合一定的商業(yè)模式才能得到更大規(guī)模應(yīng)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(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有非常多共通點(diǎn)，比如去中心化，平等接入更多用戶，都以數(shù)字化為基礎(chǔ)，都需要更好的交互手段等。3D打印技術(shù)+互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠把現(xiàn)有的裝備和應(yīng)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(yīng)商、找到用戶，公司還希望把數(shù)據(jù)的采集設(shè)計(jì)、訂單交付與網(wǎng)絡(luò)平臺結(jié)合起來，對在線制造流程進(jìn)行完善和優(yōu)化，未來使更多用戶能夠接入到個(gè)性化定制化的業(yè)務(wù)中去，推動3D打印技術(shù)普及和規(guī)?；?。
先臨三維設(shè)立線下的服務(wù)點(diǎn)，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺把線下服務(wù)點(diǎn)融合起來。這能夠讓更多用戶體驗(yàn)就近服務(wù)。平臺不僅僅包括先臨三維自己的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，也包括第三方的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)。線下服務(wù)點(diǎn)的建設(shè)是為了迎接人人參與設(shè)計(jì)，人人參與制造這種個(gè)性化定制時(shí)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(yīng)用，如個(gè)性化醫(yī)療定制，建設(shè)更廣泛的體驗(yàn)平臺，如3D造平臺。用戶數(shù)據(jù)可以在平臺上自動報(bào)價(jià)，自動匹配最近的服務(wù)平臺。這個(gè)平臺是開放的，許多小的服務(wù)平臺接入進(jìn)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(yīng)商、設(shè)計(jì)者，以及服務(wù)平臺、服務(wù)公司合作起來，共同推動數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、設(shè)計(jì)和制造流程的優(yōu)化，推動個(gè)性化和定制化時(shí)代更加順暢地到來。
最后，先臨三維堅(jiān)持3D掃描、3D打印、設(shè)計(jì)一體化發(fā)展。先臨三維以3D數(shù)字和3D打印技術(shù)為平臺，推動科技教育的發(fā)展，設(shè)置課外體驗(yàn)的活動。讓參與者體驗(yàn)新的技術(shù)，熟悉數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造工具，為整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)中堅(jiān)力量。先臨三維的一個(gè)遠(yuǎn)景目標(biāo)，就是希望構(gòu)建3D打印生態(tài)圈，讓個(gè)性化產(chǎn)品走進(jìn)億萬家庭。
李濤說，如果未來個(gè)性化定制得到大發(fā)展，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)創(chuàng)造當(dāng)中，3D掃描和設(shè)計(jì)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(shù)應(yīng)用流程，從各個(gè)環(huán)節(jié)降低技術(shù)的應(yīng)用成本和使用門檻，以使3D打印的使用體驗(yàn)更加方便。
鉑力特：增材制造與創(chuàng)新設(shè)計(jì)
鉑力特現(xiàn)在的使命是將金屬3D打印走進(jìn)千萬家工廠。鉑力特總經(jīng)理薛蕾介紹，鉑力特團(tuán)隊(duì)20多年前就做金屬3D打印，公司在探索實(shí)踐過程中也感覺到了行業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)。
基于公司積累的經(jīng)驗(yàn)，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(shè)計(jì)和整體化功能集成。第二，與程序相關(guān)的業(yè)務(wù)，包括：快速研制與快速制造;組合制造，把現(xiàn)有的加工技術(shù)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(fù)性再制造。
以上兩個(gè)市場，一個(gè)解決復(fù)雜性的問題，一個(gè)解決成本性問題。
3D打印是一種有效解決復(fù)雜性問題的有效手段。通?？梢园旬a(chǎn)品按復(fù)雜性分為兩類，一種是天然個(gè)體的復(fù)雜性，即零件本身很復(fù)雜。一種是零件本身不復(fù)雜，但由于零件制造的過程比較復(fù)雜，或者大規(guī)模制造會帶來復(fù)雜性問題。3D打印貴在通過設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一些變革，包括設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)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(yīng)性能，另外還可有效解決復(fù)雜性。這是推動金屬3D打印大規(guī)模應(yīng)用的必然道路。
一個(gè)例子是，GE通過3D打印設(shè)計(jì)案例做了兩件事：證明了3D打印解決復(fù)雜性問題的能力;推動研發(fā)模式或設(shè)計(jì)模式的變革。GE把設(shè)計(jì)方案在網(wǎng)站上做了招標(biāo)，全球56個(gè)國家約700個(gè)設(shè)計(jì)方案參與投標(biāo)，最后選出十個(gè)最優(yōu)方案，打出零件做測試，十個(gè)里面只有一個(gè)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(shè)計(jì)的2公斤重，重量減輕了84%。這些變革讓設(shè)計(jì)師非常興奮。
與GE一樣，鉑力特團(tuán)隊(duì)服務(wù)的航空航天領(lǐng)域，所有的專家包括設(shè)計(jì)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(gè)領(lǐng)域復(fù)雜性問題非常好的突破點(diǎn)。
未來，金屬3D打印的趨勢將向輕量化結(jié)構(gòu)、復(fù)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(fù)與再制造方向發(fā)展。薛蕾建議廠家都要在新的設(shè)計(jì)方面下功夫，包括個(gè)性化的定制設(shè)計(jì)。第一，業(yè)界要盡快建立起功能優(yōu)先的設(shè)計(jì)理念。第二，要在設(shè)計(jì)實(shí)踐中普遍使用最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法。第三，強(qiáng)化增材制造與最優(yōu)化設(shè)計(jì)的互動研究。第四，加強(qiáng)新型人才的培養(yǎng)。第五，3D打印技術(shù)要真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，面向工業(yè)這個(gè)部分來說，一定要靠創(chuàng)新設(shè)計(jì)來推動。
共享集團(tuán)：推動鑄造3D打印應(yīng)用
鑄造3D打印在推進(jìn)整個(gè)鑄造產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式改變。共享集團(tuán)董事長彭凡指出，共享集團(tuán)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(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)、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(jìn)行生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)方式和勞動環(huán)境被顛覆。
共享集團(tuán)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(tuán)原本希望引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，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(shè)備沒有對方人員指導(dǎo)自己無法使用，材料成本太高，維護(hù)保養(yǎng)都需要對方來做。無奈之下，共享集團(tuán)開始通過互聯(lián)網(wǎng)+研發(fā)的形式進(jìn)行研發(fā)，用全球最先進(jìn)的東西對標(biāo)。利用先進(jìn)的技術(shù)和資源，歷經(jīng)無數(shù)次設(shè)計(jì)、修改、驗(yàn)證，加上全球采購，3D打印設(shè)備終于研發(fā)出來。
研發(fā)分為四個(gè)階段。一是引進(jìn)消化吸收，全部進(jìn)口。二是自己研發(fā)功能樣機(jī)。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(jī)已投入生產(chǎn)，2016年年底之前計(jì)劃投入小批量，約做6臺產(chǎn)業(yè)機(jī)。鑄造用的3D打印相關(guān)材料全部都是化工研究所開發(fā)，設(shè)備價(jià)格下降，生產(chǎn)效率提高，可以解決產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的問題。
通過幾年的努力，共享集團(tuán)攻克了材料、工藝、軟件、設(shè)備等問題，聚焦鑄造的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，受理專利132項(xiàng)，授權(quán)35項(xiàng)。目前，一個(gè)3D打印鑄造工廠即將竣工，正在建第二個(gè)3D打印鑄造工廠，計(jì)劃投入12臺自己制造的3D設(shè)備與機(jī)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(tuán)研發(fā)了兩種機(jī)型，一種是打砂型，另一種是FDM型，用于打模具。此外，集團(tuán)提出打造鑄造3D打印等新技術(shù)+鑄造智能工廠，通過把工廠的工序單元化，把3D打印技術(shù)與智能工廠相結(jié)合，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型。
上海航天設(shè)備：航天應(yīng)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(shù)的一個(gè)明顯優(yōu)勢就是可以將多個(gè)零部件集合成一個(gè)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(shè)備科瑞工研所副所長王聯(lián)鳳表示，上海航天設(shè)備制造總廠在3D打印技術(shù)航天應(yīng)用上做了很多工作。
上海航天設(shè)備非常關(guān)注3D打印如何和航天應(yīng)用結(jié)合，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：第一是解決形狀復(fù)雜性，更多體現(xiàn)出在形狀、性能以及相關(guān)方面目前還沒有達(dá)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(guān)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(gè)新的解決問題的手段。第三是在層次復(fù)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(jī)補(bǔ)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(guān)的，特別是在空間結(jié)構(gòu)上的要求。航天零件設(shè)計(jì)與其他應(yīng)用設(shè)計(jì)不同，要求設(shè)計(jì)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(shè)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(yīng)用中凸顯了它的優(yōu)勢。比如，美國NASA在2013年8月22日進(jìn)行的高溫點(diǎn)火試驗(yàn)中，增材制造的J-2X 火箭發(fā)動機(jī)噴注器產(chǎn)生了創(chuàng)紀(jì)錄的9噸推力。整體式噴注器組零件數(shù)由原來的115個(gè)集成為兩個(gè)，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(jī)領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛?；裟犴f爾用3D打印做的無人機(jī)，已經(jīng)用于實(shí)際的救援救災(zāi)中，國內(nèi)公司也在用3D打印做無人機(jī)，在減輕無人機(jī)重量方面有大量應(yīng)用。傳統(tǒng)上特殊的合金使用溫度比較高，可能達(dá)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(shè)計(jì)需求。
當(dāng)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(shù)之一，是一項(xiàng)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(shè)計(jì)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(jì)發(fā)展的新動能具有重要意義。我國企業(yè)在增材制造領(lǐng)域的實(shí)踐與積累，無疑為我國在未來科技和產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)占有一席之地贏得先機(jī)。
（轉(zhuǎn)載）
