歐美提出“再工業化”,其中一項重要內容是以3D打印等技術重塑制造業的競爭力。2010年,美國國情咨文稱3D打印為“革新了關于制造的一切”的技術,為此設立了國家3D打印研究中心,并投資5億美元引導3D打印產業的科技服務與裝備制造活動。目前,美國一些跨國公司制造業業務從我國回流母國,其中一個重要原因,就是根據世界第三次工業革命發展的趨勢,研判智能制造創新優勢將戰勝勞動力低成本優勢,英國《經濟學家》刊登保羅《制造與創新新的工業革命》一文,對此進行了總結與預測。分析3D打印技術的智能制造特征,結合我國實際,以3D打印技術重塑我國智能制造業,可為我國制造業發展趟出新路。
3D打印的主要特征
制造技術的革命性。世界3D打印機技術突飛猛進,3D打印機既不需要用紙,也不需要用墨,而是通過電子制圖、遠程數據傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術,使特定塑料、金屬、陶瓷、橡膠、玻璃、色砂等多種可粘合材料或者記憶材料熔化,并按照電子模型圖的指示一層層重新疊加起來,最終把電子模型圖變成實物。
應用領域的廣泛性。3D打印技術飛速發展,應用領域不斷延伸,已用于產品設計、建筑設計、模具制造、工程施工、汽車船舶等精密部件,核電、航空、航天等高端裝備,教育文化、影視傳媒、地理信息等領域,也應用到了牙科等醫療業及珠寶,鞋類、服飾等多個與生活息息相關的領域,取得了很大效益。
效率很高的價值性。3D打印技術對傳統制造業實施改造,可大幅提高原材料和能源的使用效率,減少對環境的影響。全球性的交通擁堵的一個重要原因是大量的物流貨運,這緣于目前世界上制造與貿易的一大特點,即先造出大量同質化產品后再想方設法銷售,再千方百計運輸到目的地使用,銷售和物流配送網絡因此消耗大量資源。3D打印技術依據目標市場進行量身定制,可以就地打印商品,這很大程度上可以解決產能過剩問題并節省物流成本。如,德國一家企業使用相同數量的耗材制造零件,3D打印機的生產效率是傳統方法的3倍,與我國東部沿海一家紡織廠合作,就地“打印”紡織機軸承,將傳統流程需84小時制作的零件,在24小時內完成,并省去了物流時間和費用,每個軸承成本由幾十歐元降至1歐元。同樣,我國大飛機工程中,運用3D激光直接制造技術“打印”出了C919客機機頭工程樣件鈦合金主風擋窗框。
創意群體的普適性。3D打印機設備正在向極大和極小兩個方向發展。設備的極大化方面,可以制造大型高端設備及產品,這是工業化大企業應用的方向。3D打印機設備“極小”、成本“極低”,將引致全民參與式的智能制造的到來。隨著社會需求深刻變化,用戶對產品由體驗性差、無創意概念、完全依賴于工廠設計制造,開始向創意爆發、體驗消費、個性設計、自我制造方式轉變,這正在推動制造業由共性技術支撐的大規模制造,向個性化技術支持的個性化、智能化制造時代轉型。流水生產線讓“家庭作坊”變成了大工廠,如今,3D打印技術改變了制造業流程,讓大工廠有望再變成智能制造的“家庭作坊”。3D打印機巨頭Stratasys的北美區渠道經理對3D打印行業預測:2013年消費級3D打印機的銷量將會全面超過工業級3D打印機。微型、廉價、宜用的微小設備使得3D打印進入家庭的桌面之上,如,美國的MakerBot公司,主要制造低成本的家用型3D打印機,我國北上廣深一線城市和一些傳統制造業城市都出現了一批“家庭作坊”式的3D打印服務。家庭桌面式的3D打印機產業的出現,為全民性的創意、智造奠定了基礎。
3D打印成智能制造產業的主要支撐
以3D打印技術為基礎的智能制造為我國追趕先發國家打開了一扇“機會窗口”。目前,各國3D打印產業基本處于同一起跑線,發達國家在3D打印產業有優勢,但我國的差距并不很大,為此,我國應當實施先發戰略,著力以3D打印引領智能制造,實現趕超。
產業引領的戰略性。近兩年,繼美國宣布支持3D打印機產業發展后,其他一些國家在陸續跟進。發展3D打印產業對一個國家制造業可以產生強大的服務、促進作用,對于引領智能制造業具有全局意義,將其列入戰略性新興產業加以發展壯大適逢其時。
制定3D打印引領智能制造業路線圖。我國應當積極實施以3D打印技術引領我國智造產業發展的戰略。技術上,實施引進吸收與自主創新相結合,有效掌握關鍵核心技術;產業上,實施裝備制造與應用服務相互補充,加速拉長產業鏈條;管理上,實施政府引導與企業主導相互促進,有序鋪展智能制造業的市場格局。
建設3D打印支撐的智能制造產業鏈。培育形成3D打印機全產業鏈,發展3D設備整機制造商、軟件配件研發商、打印耗材供應商、網絡平臺服務商,努力形成3D打印從研發到應用的完整產業鏈。首先,培育一批3D打印技術企業,在支持小微科技企業政策中,有針對性發展一批3D打印服務企業;在支持高端裝備制造業、新材料業發展中,重點培育一批3D打印設備、3D打印材料制造企業。其次,培育國家級的3D打印產業基地。組織實施“創建國家智能制造城市”工程,培育對創新資源聚集能力強、具有全球影響力的智能制造業都市,成為我國智能制造業的增長極。
建設3D打印技術智能制造業聯盟。可“復制”我國組織移動通訊“TD產業技術創新戰略聯盟”的成功模式,舉國家科技和產業之力,形成3D打印技術裝備戰略聯盟。如,整合我國3D打印技術走在前列的大學、企業的力量,通過建立“項目協同創新中心”等形式,進行技術攻關,擴大技術優勢,縮小產業差距,走以中國3D打印技術標準引領世界智能制造產業發展之路。實施國家3D打印產業科技專項,在國家大型重點工程中推廣應用3D技術,以工程效果、市場效果形成影響力,引導產業界廣泛開展3D打印技術的應用。進行3D打印和智能制造人才培育,在大學、職業學院、技工學校中開設3D打印機技術課程,進行普及教育。
建立3D打印與智能制造服務平臺。借鑒發達國家的做法,設立國家3D打印機技術專門機構,采取政府、大學、企業共組方式建設平臺,實行企業化運作,開展3D打印技術科技研發、產品制造等服務活動,同時兼具信息平臺功能,收集各