中國增材制造產業(yè)發(fā)展存在哪些挑戰(zhàn)？

增材制造作為先進制造業(yè)的典型代表，被各國廣泛關注。我國通過建立國家增材制造創(chuàng)新中心、在工業(yè)強基“一條龍”應用計劃中列入增材制造等舉措，不斷發(fā)掘產業(yè)創(chuàng)新能力，夯實增材制造基礎?？傮w而言，目前我國增材制造能力有所提升，但仍存在五個亟待解決的問題：基礎研究對產業(yè)發(fā)展支撐不足，軟件和關鍵零部件受制于人，上下游企業(yè)缺乏有效互動渠道，應用范圍和用戶數量有待擴展，資金和人才等支撐體系亟待完善。

一、增材制造發(fā)展存在的五個問題

基礎研究對產業(yè)發(fā)展支撐不足。我國對增材制造技術的研究起步較早，從1988年開始研究激光成形技術、SLS設備等。但隨著產業(yè)的快速發(fā)展，基礎理論研究滯后于技術發(fā)展需求的矛盾日益突出。

一是材料組織形貌表征及控制的研究工作不完善。對增材制造過程中材料微觀組織的觀察缺失，導致微觀結構難以控制，加工性能不可控，進而影響成品質量。

二是模擬能力不足。增材制造是一個復雜過程，在對晶體等微觀組織的仿真分析方面仍面臨較大挑戰(zhàn)。

三是工藝原始創(chuàng)新缺乏。目前我國的增材制造創(chuàng)新集中在部分工藝改進和具體應用領域，實質性、原始性的工藝創(chuàng)新較少。

軟件和關鍵零部件受制于人。從軟件看，3D建模軟件、掃描軟件等領域基本被國外公司壟斷，比如，美國PTC公司的Pro/E軟件、德國A&D公司的UG軟件，以及3D模型掃描領域的加拿大Creaform公司和美國3D Digital公司等，由于先發(fā)優(yōu)勢形成市場壟斷，我國企業(yè)只能通過為這些軟件平臺開發(fā)插件以求生存。

從關鍵核心部件看，激光器、掃描振鏡、噴頭、精密光學器件等關鍵零部件嚴重依賴進口。激光器約占增材制造設備平均成本的19%，市場份額大部分被SPI、IPG、AOC和DPSS等國外企業(yè)占據，掃描振鏡約占增材制造設備平均成本的6%，市場份額主要被德國Scanlab公司占據。此外，目前國外已在多激光多振鏡領域攻克技術性難題，我國的差距進一步被拉大。

產業(yè)上下游未形成良性互動。我國增材設備制造企業(yè)數量多，但設備開發(fā)商與上游原材料供應商、下游應用商并未形成良性互動。

一方面，由于設備開發(fā)商與原材料供應商缺乏聯合，打印材料種類單一，應用商只能使用設備開發(fā)商提供的材料進行打印。

另一方面，數據建模、創(chuàng)意造型等軟件應用服務未得到足夠重視，服務商難以與設備商形成良性互動。

在美國，設備商、軟件制造商和原材料供應商之間合作密切。比如，增材制造和精密加工兩大龍頭企業(yè)3D Systems和GF Machining Solutions聯合開發(fā)了可擴展的制造平臺DMP Factory 500，可通過簡化工作流轉換金屬制造，提升聯合創(chuàng)新能力。

應用范圍和用戶數量有待擴展。隨著增材制造的普及，應用相關技術的領域不斷增加，但實際應用產品種類較少。

增材制造成本較高，且受到打印尺寸、材料種類等方面的限制，大多應用在高附加值產品或模型件上，比如，航空航天領域的復雜構件、醫(yī)用植入物、鑄造蠟模等，應用范圍并不廣泛。

此外，企業(yè)應用多、個人應用少。IDC研究顯示，我國工業(yè)級3D設備占到整體市場銷售額的近70%，桌面級3D設備貢獻了超過90%的出貨量。

資金、人才等支撐體系亟待完善。從資金維度看，由于研發(fā)投入比例非常高，大部分增材制造企業(yè)處境尷尬：毛利率高，凈利潤低甚至為負，生存基本依賴政府補貼。

以行業(yè)龍頭企業(yè)鉑力特為例，2018年公司凈利潤為5799.39萬元，但計入當期損益的政府補貼高達2455.64萬元，同時還享受其他補助和稅收優(yōu)惠，政府補貼補助和稅收優(yōu)惠占凈利潤的比重過半。

從人才維度看，國內增材制造專業(yè)人才缺失。我國擁有增材制造相關專業(yè)的院校有70余所，但據國家制造業(yè)信息化培訓中心預測，未來增材制造人才需求缺口達800萬人。此外，國外增材制造人才大多屬于既懂專業(yè)技術又懂軟件編程的復合型人才，我國這類人才則非常缺乏。

二、對策建議

重視基礎創(chuàng)新能力。強化增材制造的基礎理論研究，圍繞金屬材料、非金屬材料和高分子材料在增材制造過程中的微觀組織、力學性能變化，研究優(yōu)化工藝流程，提升增材制造產品的綜合性能。依托國家增材制造創(chuàng)新中心，完善計量體系，開發(fā)增材制造計量測試平臺，更加精準地監(jiān)控制造流程。支持跨領域合作，鼓勵增材制造專業(yè)與計算機、材料、數學、光學等基礎學科，以及航天航空、機械、生物等應用學科加強合作，強化科學技術與創(chuàng)新的“雙向互動”，密切基礎與應用生產對接，圍繞國防、民生領域的重大項目和重大工程，定向匹配基礎研究任務。

提升正向設計能力。從航天航空、汽車、生物醫(yī)療等領域用戶的需求出發(fā)，自上而下分解增材制造產品、工藝、材料、軟件的解決方案，實現覆蓋產品系統全生命周期的設計制造一體化，提升增材制造的正向設計能力。加快建模軟件、掃描軟件、控制軟件的核心引擎研發(fā)，推動行業(yè)和領域專用設計及仿真軟件應用。支持匯集技術規(guī)范、操作規(guī)范、國家標準、經驗公式、模型算法等軟件核心內容，以及解決工具的行業(yè)知識庫、模型庫和算法庫建設。鼓勵國內激光器、掃描振鏡企業(yè)加強與美國、加拿大等國知名企業(yè)、科研機構合作，針對技術鏈條中的薄弱環(huán)節(jié)加強技術研發(fā)，解決實際問題。

建立有效對接渠道。加強原材料供給，形成與裝備和工藝軟件相適應的原材料體系，向高性能、產品種類多元化、工藝成熟化和低成本化發(fā)展。加強增材制造技術與傳統制造業(yè)的融合，鼓勵傳統制造業(yè)企業(yè)應用增材制造技術，為傳統工藝提供輕量化、多件融合、分布式生產、按需生產、個性化等服務，降低制造成本、優(yōu)化開發(fā)、改善生產流程和質量。建設跨行業(yè)、跨領域的工業(yè)互聯網平臺，支持由大型企業(yè)跨界介入、各領域制造業(yè)企業(yè)共同參與，進而把增材制造應用到各行各業(yè)。推廣在線設計平臺和在線工廠等新業(yè)態(tài)、新模式，打造增材制造領域APP和用戶雙向迭代的雙邊市場，支持增材制造廠商建設全球伙伴關系。

推廣技術示范應用。在西安、杭州等增材制造產業(yè)較為發(fā)達的城市開展示范應用。以直接制造為主要戰(zhàn)略取向，兼顧原型設計和模具開發(fā)應用，拓寬增材制造在工業(yè)產品研發(fā)設計中的應用范圍，推動其在傳統制造業(yè)、高端裝備制造、醫(yī)療、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新教育等領域的規(guī)?；瘧?。利用增材制造云平臺等新模式，打通線上線下在社會、企業(yè)、家庭中的應用路徑。實施增材制造設計與工藝、服務的完整解決方案，面向結構拓撲優(yōu)化、設計與模型處理、設計評估與參數優(yōu)化、工藝模擬與工業(yè)優(yōu)化、增材制造設備與質量檢測等全流程，尋求實現性能、經濟性和工藝可實現性之間的平衡。

完善產業(yè)發(fā)展支撐體系。促進增材制造扶持資金精準化。加強對技術研發(fā)的補貼，采取事前資助、事后補助并舉的方式，支持工藝、材料的基礎研究、應用研究等，完善資金管理和監(jiān)督制度。推動增材制造人才專業(yè)化。將增材制造技術納入學科建設體系，開展以學科專業(yè)集群為基本單元知識和能力體系的教育，基于真實項目實訓、面向交叉學科集群開展人才培育，推動增材制造人才培養(yǎng)模式變革。加強完善增材制造標準體系。在材料工藝研發(fā)與驗證流程、零件修理工藝研發(fā)流程、零件修理工藝驗證流程等領域開展標準制定，規(guī)范增材制造流程。加強與ASTM、ISO、美國SAE、德國DIN、VDI等標準化協會和組織的合作，力爭融入國際增材制造標準體系。
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