北京推进3D打印暨制造业未来发展重点的建议

-.z推进“3D打印暨制造业未来开展重点〞的建议--------------------------------------------------------------------------------发布时间：2013年02月18日信息来源：市科委电装处、生产力中心../sklm/new/Detail.asp*?id=2511一、国内外现状和开展趋势〔一〕制造业现状和未来开展趋势和特点经过多年的开展，制造业亟待升级和转型。当前，国际上“绿色制造、极端制造、相互融合的高新技术和基于网络的制造技术〞成为制造领域科技开展的趋势和特点。数字化、智能化等新技术，深刻变革了制造业的生产模式和产业形态，是制造业开展和升级的核心技术。航空航天、汽车等高端制造领域，未来产品将采用全数字化设计，大大缩短研制周期。随着人们个性化需求的不断增强，未来制造业将在与生物工程、与艺术创造、与消费者的结合等方面展现其独特的内涵。因此，三维打印〔以下简称3D打印〕、工业机器人、生物制造、微纳制造等成为制造业未来开展的重点。〔二〕未来制造业产业链的描述第一阶段：针对个性化的需求开展用户工艺研究；第二阶段：进展数字化设计〔包括工业设计、产品设计、工程设计等〕，确定总体方案；第三阶段：进展数字化、智能化制造〔涉及材料和加工手段〕。既包括数控等减量加工，三维打印等增材加工以及工业机器人等智能加工。第四阶段：产品质量检验检测、数字化物流、运输，标准规*等。〔三〕国外情况2008年国际金融危机爆发以来，世界主要兴旺国家纷纷实施再工业化战略，美、德、英、日等相继推出一系列重振制造业的重大举措，力图在高端制造业取得竞争优势。如：美国2009年制定?重振美国制造业框架?，通过了?制造业促进法案?；2011年启动了“先进制造伙伴方案〞，发布振兴制造业五年出口倍增方案；2012年再次制定了?先进制造业国家战略方案?，提出保持在先进制造业领域的国际领先和主导地位。同时，西方兴旺国家振兴制造业主要依靠科技创新，抢占国际产业竞争制高点，增强核心竞争力。1.3D打印美国?时代?周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业〞，英国?经济学人?杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命〞。2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3维打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业的领先地位。3D打印也叫快速原型〔Rapidprototyping，RP〕、自由成型制造〔Freeformfabrication〕或增材制造〔Additivemanufacturing〕，目前形成四种较成熟的工艺，即：光固化立体造型〔Stereolithographyapparatus，SLA〕、叠层物体制造(Laminatedobjectmanufacturing，LOM〕、选择性激光烧结〔Stereolithographyapparatus，SLS〕和熔融沉积造型〔FusedDepositionmanufacturing，FDM〕。目前全球有两家三维打印机巨头。一家为纳斯达克上市的美国Stratasys〔SSYS〕，刚刚收购了以色列Objet；另一巨头是纳斯达克挂牌的美国3DSystems，2012年初收购本国ZCorp和Vidar，进一步稳固其地位。SSYS和3DSystems创造着每年近2亿美元的市场收入。前者客户不乏宝马、戴尔、英特尔、耐克等世界500强企业。德国Vo*ljet制造了大尺寸〔4m*2m*1m〕3D打印机。Cornell大学尝试利用维打印机直接打印出食物；E*eter大学研究人员制造出以巧克力为原材料的3D打印机；哈佛大学的实验室开发可以实现生物细胞打印的设备；德国FraunhoferInstitue利用3D打印技术打印血管；Organovo开场研究如何利用3D打印机来打印人体器官。纽约另一家利用3D技术生产消费品的公司Quirky拥有20万注册用户，用3D打印机以最快的速度成型，再上传讨论，最终确定方案后批量生产；而美国LegacyEffect公司利用3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型，为演员量身定制可完全适合演员的脸、颈部和头部的道具，在电影?侏罗纪公园?、?阿凡达?及?钢铁侠?中都有应用。2.工业机器人工业机器人应用较广泛的是汽车及汽车零部件制造、机械加工、电子电气、食品加工等领域。常见有弧焊机器人、点焊机器人、装配机器人、喷漆机器人、搬运机器人及测量机器人等。工业机器人自动化生产线是自动化装备的主流开展方向，可实现自动化、无人化，极大提升我国制造业技术水平。近年来，国外机器人技术日趋成熟，开展迅猛，很多工业机器人已成为标准、通用设备在许多工业制造领域应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的机器人企业。如：瑞典ABBRobotics是世界上最大的机器人制造公司，制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配、铸造、密封涂胶、材料处理、包装、喷漆、水切割等领域；日本安川电机公司〔YaskawaElectricCo.〕旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国及SyneticsSolutions美国公司等子公司，核心产品包括点焊和弧焊机器人、油漆和处理机器人、LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等；日本FANUC公司是著名的数控设备和伺服系统的研制企业，包括两大主要业务，一是工业机器人，二是工厂自动化。其工业机器人产品广泛用于工业生产，并可组成自动化工厂；德国KUKARoboterGmbh公司是世界顶级工业机器人制造商之一，工业机器人年产量近1万台，至今已在全球安装了6万多台工业机器人。〔四〕国内情况中国制造业开展迅速，尤其在数控机床、生物制造、微纳制造、工业机器人等领域通过国家重大专项实施以及地方政府的扶持，取得了长足的进步，但技术上长期处于跟随状态，自主创新能力还不强。制造业迫切需要升级和转型，提升核心竞争力。1.3D打印3D打印技术在中国尚未普及，但产业链正在形成，开展异常迅速，近两年增长尤其快，年增速均在50%以上。一些研发型企业、国防、航天、航空、汽车企业对3D打印机的需求较多，应用于制造高端零部件产品，此外，医疗行业、食品行业、建筑行业、文化创意产业等对3D打印的需求也日益增强。近年来，航空航天大学、航空制造工艺研究所、华中科技大学、西北工业大学、清华大学、华南理工大学、中科院**金属所、**交通大学、**交通大学、同济大学等单位开展了直接快速制造技术的研究。其中航空航天大学王华明教授、西北工业大学黄卫东教授已实现了大型飞机构造件激光沉积直接制造；华南理工大学杨永强教授开发了激光选区熔化金属粉末工艺及设备；清华大学林峰教授开发了电子束选区熔化金属粉末工艺及设备和激光微熔覆沉积制造技术等；华中科技大学史玉升教授科研团队研发世界最大激光快速制造装备〔3D打印机〕，采用基于粉末床的激光快速制造技术，入选2011年中国十大科技进展；同济大学开发了3D打印成形系统。此外，清华大学利用快速成形技术的根本原理，针对再生医学和组织工程的需求，开发了低温沉积成形技术和细胞三维受控组装技术，形成了生物制造的核心技术。在金属增材成形方面：中航天地激光科技**由中航重机、航空航天大学王华明团队和市政府共同投资成立，注册资本1亿元，主要从事激光增材制造装备研发、生产、应用，加工生产钛合金、高强钢等高性能金属构造件及成套机电设备、零部件等。**滨湖机电技术产业**与华中科技大学快速制造中心联合开展3D打印机产业化工作。公司已卖出200多套产品，一方面价格远远低于国外产品，只有国外的1/4；同时可采用如金属、陶瓷、塑料、砂等不同的粉末材料，给用户多种选择。2011年，华中科技大学的技术被欧洲空客公司等单位选中，联合承当了欧盟框架七工程，为空客和欧洲航天局等单位制作飞机、卫星、航空发动机用大型复杂钛合金零部件的铸造蜡模。西北工业大学凝固技术国家重点实验室所开展的“激光立体成形〞三维打印技术，采用的是“同步送粉激光熔覆〞的方式来堆积金属材料。其核心是金属材料在数字化控制之下的连续熔化和凝固过程。中航工业航空制造工程研究所重点开展电子束快速成形技术和激光选区熔化增材成形技术，利用激光选区熔化成形技术已研制出国内最大的金属成形零部件(最大尺寸到达400mm)。隆源自动成型系统**也是国内较早开展快速成形技术研发的单位，主要开发SLS工艺及成形材料。其开发的成形设备已销售100余台，国内在激光选区烧结技术上具备优势。近年来，该公司利用掌握的SLS技术，开展了激光制芯和复杂形腔构造〔发动机缸体〕零件的制造。为我国各型发动机的研制和开发提供了有力的支撑。殷华激光快速成形与模具技术**将清华大学机械工程系激光快速成形中心研制开发的多功能快速成形系统〔M-RPMS〕〔2002年国家科技进步二等奖，2001年市科技进步一等奖〕推向市场，并逐渐形成了独立的产品体系，其推出的系列MEM快速成形系统至2010年底已销售了800余台〔Wohlersreport2011〕，为国内生产快速成形设备数量最多的公司。其产品远销到欧美市场。在主要民用品加工装备方面：太尔时代科技**从清华大学引申了3D打印技术，研发出数字熔融挤压快速成形制造系统，同样采用线状树脂为成型材料。已开展成为桌边制造系统，使3D打印技术由工业品加工延伸到民用品加工，大大降低了单件的本钱，适用于广泛的个性化需求。**维示泰克技术**2011年5月份创立，总部位于**留学生创业大厦，同时在**建有耗材生产基地。开发的3D打印机采用FFF〔熔丝制造〕技术原理，以线状树脂为成型材料。**市闪铸科技**是**省一家从事3D打印机研制和生产的公司，成立于2011年4月份，技术团队大多是清华大学毕业的研究生。在闪铸每月销售200台的数字里，大多是出口到其他国家。而美国一家3D打印机生产公司一天的销量就达100台。在3D打印应用技术研究方面：工业大学先进制造技术重点实验室从2005年开场RP的研究，成立了数字化医疗整形三维打印研究室。与中国医学科学院整形外科医院、大学口腔医院、天坛医院成立了数字化医疗中心，已正式用于临床，成功为近千例患者提供了三维数字化医疗整形效劳，在颅脑修复、鼻梁修复与美容造型、额骨及牙齿修复与美容造型、额骨修复与美容造型等方面开展了大量的研发与临床应用工作，获得数字化整形医疗界的好评。其技术特色是首先对带修复与整形的骨骼进展准确的数字化三维造型和分析，然后进展三维打印制作，相比传统手术现场配做整形构建的方法，吻合度和成功率高，而且大大简轻了病人的痛苦和失败风险。**铭展网络科技**，在美国MakerBot公司产品根底上研发的3D打印机，在国内取得了不错的销量。受文物保护部门委托，成功复原出了**天龙山多尊破坏严重的唐代石窟佛像。其他方面：**南风股份将投资“重型金属构件电熔精细成型技术工程〞，总投资1.68亿元，南方风机研究所投资的工程就是国际上流行的3D打印技术。**银邦股份与**安迪利捷贸易**共同出资设立飞而康快速制造科技**公司，新设立公司主营业务有局部产品涉及激光快速成型技术。**敦超电子科技**依托美国Clemson大学、**交通大学和**师*大学的科研实力，开发了三维打印机，该打印机基于FFF〔熔丝制造/热塑性挤出〕工艺的快速成型设备。2.工业机器人工业机器人是典型的智能制造装备。据统计，2012年底国内工业机器人预计达6万台左右。目前市场规模约40亿元人民币。但目前国产机器人在国内的市场占有率缺乏30%，并多为在进口国外机器人的前提下，再做应用开发或提供成套设备，因此进口产品占据大局部市场。我国工业机器人研发始于“七五〞期间。先后开发了7种工业机器人系列产品，建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。截至2011年，国家04专项也列入了7个机器人工程。但总体而言，我国工业机器人产业开展目前尚处于起步阶段。目前，国内已形成中科院**自动化研究所、清华大学、哈工大等30多家机器人研发机构，取得了大批研究成果，工业机器人的主要门类均有涉及，但批量投产的极少。主要原因为：开发、研制的主体尚停留在高校和研究单位；关键技术和功能部件还没有国产化，运动控制器、减速器等关键功能部件主要依靠进口。**数控设备**是目前是国内最大的数控系统生产企业，从事工业机器人研制已有6年历史，已初具中低档工业机器人批量生产的条件。与华南理工大学合作开发出3kg、8kg、20kg、120kg系列六自由度工业机器人；与**大学合作开发了并联机器人；与航空航天大学合作开发了120kg、200kg堆垛机器人。其中8kg六自由度机器人批量投产并销售了30多台。该厂用自己生产的机器人为比亚迪汽车、格力空调、**机床厂等用户开发并提供了自动涂胶和机床自动上下料装置。二、现状和优劣势分析制造业坚持“高端、高效、高辐射〞的开展道路，技术国内领先，但不具有规模优势。制定了八大战略新兴产业开展规划，出台了中关村“1+6〞的先行先试政策，重大科技成果转化与产业化统筹资金，以科技创新、文化创新“双轮驱动〞格局逐步形成。此外拥有清华大学、航空航天大学、工业大学、航空制造工程研究所等一批高校和院所，科技资源雄厚；拥有中国通用、机械总院、京城控股等一批中央和市属国企；拥有九大军工集团，技术资源和人才资源丰富；市科委联合市国资委启动了“精机工程〞等科技创新工程，布局了顺义、房山等一批制造业高端开展创新聚集区，具有良好的创新环境和产业环境。但土地和材料资源有限，制造业的未来开展必须占领高端，实现数字化、智能化、绿色化、集约化和可持续化。1.3D打印从3D打印的产业链分析，在材料研制方面，拥有矿业研究总院材料所、有色金属研究总院等专业研究机构；在数字化设计方面，有数码大方、北大方正电子等专业公司；在激光器研制和生产方面，有国科世纪激光技术**、中科院理化所、中科院光电院等机构；在装备研制、生产等方面，有中航天地、北航、清华、中航625所、隆源、殷华、太尔时代等相关单位；在产品应用方面，有中航天地、北工大、301医院、北大口腔医院等单位。同时，还有市计算中心等已开展3D打印的相关应用研究。综上，在3D打印产业链的各环节均有布局，技术方面也在全国处于领先水平，具备产业链上下游带动，共同开展的根底。2.工业机器人有中电华强、首钢沃托曼、自动化研究院、石化学院、北工大、信息科技大、中航625所、北航、机械总院、博创兴盛机器人技术**等相关单位在开展研究，涉及激光焊接、水下焊接与切割、反