全球各國3D打印現狀及路線大揭密

來源：中國塑料機械網

　　3D打印，作為新時代的高科技產物，在傳統產業經濟持續低迷的情況下，臨危受命，肩負著一部分振興未來製造業經濟的重任。作為新興的革命技術，3D打印也在不斷與時俱進，開拓創新。在經濟全球化和工業全球化的今天，世界各國也都在加緊利用新興科技來重振國民經濟。那麼，為了深入了解世界各國以及全球3D打印行業的發展現狀，筆者整理了世界主流發達國家3D打印行業發展相關資料，以供大家分析與解讀。
　　美國
　　美國3D打印行業現狀
　　工業行業對3D打印的市場接受度日益增高，尤其是工業級的FDM打印機，以塑料聚合物為原材料的3D打印設備使用的不斷增長，這些市場的擴張帶來了設計師和創客的大量湧現，開啟了設計思維的新空間，從而對金屬3D打印在非關鍵組件的解決方案帶來了加速影響。
　　生活、醫療等領域的3D打印產品也帶來了新的法規、規範的產生，包括FDA批准的材料和工藝，如Ti-6Al-4V和PAEK的粉末床製造工藝。隨著各方面市場的打開，不僅僅是監管和法規，同時也對研發人員提出了技術需求方面的新挑戰。
　　美國3D打印發展路線
　　面臨的問題：
　　可用的打印材料成為頗被關注的領域。當前，缺乏針對於增材製造需求的商業打印材料，也缺乏針對於打印要求的材料解決方案服務能力。
　　研究與開發主要集中在材料開發、過程監控、設計優化、多材質打印、預測仿真、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用是一個挑戰。當前已有幾家公司的陶瓷、金屬打印技術不斷成熟。
　　設備工藝的穩定性改進及認證方面是另一個挑戰。增材製造仍受材料、工藝和設備的影響很大。
　　重點研發方向：
　　當前缺乏足夠的增材製造數據，設計工具的驗證(有限元，計算流體動力學分析等)需要在生產環境中來進行可靠性和可重複性的測試。對基於經驗的測試依賴性很高。整個增材製造行業呼喚標準化的快速實現，特別是設備的可用性和性能規格。當然，過程控制是下一個挑戰。大多數加工環境是封閉條件下進行的。目前研究項目也集中在現場過程監控，過程控制主要有兩種方式：一種是通過直接熔池熱監控，另一種是通過間接熔池熱監控。
　　為了更好地實現產品的優化，正趨向於對更好的優化和仿真工具進行研究。新的數學理論被應用到更好地優化仿生物理模型，探索所有的基於過程的結構-性能關係。增材製造的關注點也不再局限於輕量化或機械性能提升等方面，混合材料和復合打印正在開啟增材製造的又一項潛力。包括粉體性能、熱變形和表面準備的研究正在為增材製造打開更廣闊的窗口。其他領域的研究和發展趨勢包括超短激光脈衝，利用空氣動力學聚焦納米級別的3D打印技術等。
　　產業發展規劃：
　　看完了這些，我們再來看看美國政府如何規劃其增材製造的發展路線,美國政府對3D打印技術的推動作用主要體現在國家戰略、路線圖、研究計劃及執行3個層面。在這方面，中國與美國對比，真是“高佬摔跤——差得遠啊”。
　　在國家戰略層面，奧巴馬總統2011年出台了“先進製造夥伴關係計劃”(AMP);2012年2月，美國國家科學與技術委員會發布了《先進製造國家戰略計劃》;2012年3月，奧巴馬又宣布投資10億美元實施“國家製造業創新網絡”計劃(NNMI)，全美製造業創新網絡由15家製造業創新研究所組成，專注於3D打印和基因圖譜等各種新興技術，以帶動製造業創新和增長。在這些戰略計劃中，均將增材製造技術列為未來美國最關鍵的製造技術之一;2012年4月，“增材製造技術”被確定為首個製造業創新中心;2012年8月，作為“國家製造業創新網絡”計劃的一部分，位於俄亥俄州揚斯敦的美國國家增材製造創新學會(簡稱NAMII)成立，美國國防部、能源部和商務部等5家政府部門共同出資4500萬美元，首筆資金為3000萬美元;俄亥俄州、賓夕法尼亞州和西弗吉尼亞州的企業、學校和非營利性組織組成的聯合團體出資4000萬美元，該學會共獲得7000萬美元。這一學會實質上是一個由產、學、研三方成員共同組成的公-私合作研究機構，致力於增材製造技術和產品的開發，增強國內製造業競爭力，其目前主要研究的三項技術主題是打印材料特性和效能的研究、資格鑑定和認證測試，以及加工能力和過程控制。
　　在路線圖層面，美國曾分別於1998年和2009年兩度發布增材製造技術路線圖。美國學界2009年召開的第2個面向未來10～12年的增材製造技術研發路線圖研討會，匯集了來自學界、企業界和政府的65名專家學者，為增材製造技術制定未來10～ 12年的研究指南。該研討會關注增材製造技術在設計、工藝建模與控制、材料、生物醫藥應用、能源與可持續發展、教育和研發等各個方面的未來前景。通過整體評估認定，如果能夠持續推動增材製造技術走在發展前沿，那麼將創造出更大的發展機遇。這份路線圖報告給出的關鍵建議是建立美國國家測試床中心(NationalTestBedCenter，NTBC)，推動未來該領域的設備和人力資源發展，並展示製造研究的概念。在2009路線圖的基礎上，北美焊接和材料結合工程技術領導組織——愛迪生焊接研究所(EdisonWeldingInstitute，EWI)成立了添加製造聯盟(AMC)，主要目標是提高增材製造技術的成熟度，並以國家為基礎，倡導資助增材製造技術，將其從目前的新興技術層面推進到主流製造技術層面。AMC目前包括大型企業、小型企業以及政府機構和重要的大學研究機構等33個企業成員與合作組織。
　　在研究計劃及執行層面，美國福特走在了前面。福特正在開發一種高度靈活的新型3D打印製造技術，福特稱其為自由曲面加工技術(F3T)，以降低小批量消費鈑金零件所需的本錢和時間。F3T技術製造三維外形的模具僅僅需求幾個小時，一旦投產，原型製造在三日內便能夠完成，假如依照傳統辦法，則需要兩到六個月。而且，F3T技術也為產品製造提供了更廣的個性化選擇。但目前F3T技術仍處於早期階段，僅能提供小範圍應用，還無法滿足大批量消費。該技術在航空航天、國防、交通運輸和家電行業中也具有寬廣的應用前景。美國能源部計劃對新一代產品提供704萬美元的能源補助，以推進節能高效的製造工藝。包括福特和其他協作者在內的五個創新製造項目，初期展開階段三年，取得了總額為235萬的能源資助。
　　歐盟
　　在歐盟地七框架計劃的資助下，名為“3D打印標準化支持行動(SASAM)”的項目在今年8月發布了一份3D打印標準化路線圖。該路線圖旨在作為歐洲標準的一個模板，其中闡述了標準化對於產業應用及現有3D打印技術標準發展的重要性，明確了標準化與優先關注標準之間的差距，最終有助於產業發展符合最佳實踐。通過與主要的規範化或標準化機構保持聯繫，將能確保該目標的實現。在更加容易產業化的同時，又能節省原料保證質量。