增材制造从产业培育步入推广应用新阶段——《增材制造产业发展行动计划(2017—2020年)》解析

欧阳安

工业和信息化部装备工业发展中心，北京，100804

增材制造技术是一项新兴制造技术，实现了制造方式从等材、减材到增材的重大转变，体现了信息网络技术、先进材料技术和数字制造技术的紧密结合，对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生了深刻的影响。我国已将增材制造技术作为制造强国的重要发展方向之一。其装备制造、专用材料制造、工业设计服务均已被纳入战略性新兴产业门类。

2015年2月，工业和信息化部和国家发改委、财政部联合印发了《国家增材制造产业发展推进计划(2015—2016年)》(以下简称《推进计划》)，在政策引导和社会各界的共同努力下，增材制造产业快速发展。为有效衔接《推进计划》，2017年12月，工业和信息化部等12个部门印发了《增材制造产业发展行动计划(2017—2020年)》(以下简称《行动计划》)，明确了新时期产业发展的指导思想、基本原则、发展目标和重点任务。

1 《行动计划》核心要义

《行动计划》遵循四大基本原则，即：创新驱动，夯实基础；需求牵引，统筹推进；军民融合，开放合作；市场主导，政府引导。总体上，强调以需求为牵引，以企业为主体，加强关键共性技术研究，推进增材制造在传统产业、新兴消费和军工等领域的广泛应用，鼓励国际交流合作，促进产业集聚化发展。

《行动计划》提出“四五六五”的核心思路，即聚焦四大重点领域、实施五项重点任务，采取六项保障措施，实现五大发展目标。

(1)四大重点领域。①航空、航天、船舶、核工业、汽车、电力装备、轨道交通装备、家电、模具、铸造等在内的重点制造领域;②医疗领域；③文化领域；④教育领域。

(2)五项重点任务。①提高创新能力，完善增材制造创新中心运行机制，推进前瞻性、共性技术研究和先进科技成果转化；突破一批关键共性技术，提早布局新一代增材制造技术研究。②提升供给质量，开展增材制造专用材料、关键材料制备技术及装备的研发，提升材料的品质和性能稳定性；大力突破增材制造装备、核心器件及专用软件的质量、性能和稳定性；提升行业整体服务质量和用户对增材制造技术的认可程度。③推进示范应用，以直接制造为主要战略取向，兼顾原型设计和模具开发应用，推动增材制造在四大领域的规模化应用，线上线下打通增材制造在社会、企业、家庭中的应用路径。④培育龙头企业，支持骨干企业积极整合国内外技术、人才和市场等资源，加强品牌培育；促进全产业链协同发展，鼓励特色优势地区加快培育世界级先进增材制造产业集群，助推龙头企业的发展壮大。⑤完善支撑体系，完善增材制造产业计量测试服务体系，健全增材制造标准体系，加快检测与认证机构培育，加快人才培养，健全人才激励机制。

(3)六项保障措施。包括：加强统筹组织协调，加大财政支持力度，着力拓宽融资渠道，深化国际交流合作，强化行业安全监管，发挥行业组织作用。其中，增材制造技术的发展，可能会带来知识产权、刑事犯罪、人类伦理等方面的社会问题，《行动计划》明确提出了要强化增材制造行业的安全监管，将研究建立增材制造装备生产、销售、应用等环节以及从业人员的监管制度。

(4)五大发展目标。到2020年，一是我国增材制造产值保持年均30%以上的增速，产业销售收入超过200亿元；二是技术水平明显提高，突破100种以上满足重点行业需求的工艺装备、核心器件及专用材料；三是行业应用显著深化，开展100个以上试点示范项目，在重点制造及医疗、文化、教育等领域实现规模化应用；四是生态体系基本完善，形成完整的增材制造产业链，包括计量、标准、检测、认证等在内的生态体系逐步完善；五是全球布局初步实现，培育2～3家以上具有较强国际竞争力的龙头企业，打造2～3个国际知名品牌，一批装备、产品走向国际市场。

相比《推进计划》，《行动计划》有几大推动重点：一是着力推广增材制造技术在航空、航天、船舶、核工业等重点制造领域的示范应用，推动“3D打印+”在医疗、文化创意、创新教育、互联网等领域的规模化应用；二是不断推进增材制造技术在军工领域的创新应用，加强军民资源共享，促进军民两用技术加速发展；三是着力打造从材料、工艺、软件、核心器件到装备的完整的增材制造产业链，形成涵盖计量、标准、检测、认证、人才等在内的增材制造生态体系；四是强化部际协同，中央地方联动。《行动计划》由12个部门联发，力度空前，充分体现了国家对增材制造产业的重视和支持。

2 发展现状与存在的问题

一是产业规模日益增长。近年来，我国增材制造产业保持高速增长。据中国增材制造产业联盟统计，2016年我国增材制造产业总产值达80亿元，年均增速超过30%，2017年产业规模已达100亿元，年均增速达25%。全球增材制造产业规模也处于高速增长期，据Wohlers Associates统计，1988—2017年全球增材制造产业的年复合增长率为25.5%，2017年，全球增材制造产业产值达到73.36亿美元，年均增速高达34.8%，同比增长21.0%。据IDC(International Data Corporation)预测，至2020年全球增材制造产值将达289亿美元。

二是技术工艺取得突破。一批工艺设备、关键零部件、软件系统加快创新，光固化成形、激光熔融沉积成形等工艺装备达到国际先进水平。例如：鑫精合激光科技发展(北京)有限公司研发出的大型激光沉积制造设备TSC-S4510，可制备大尺寸高性能航空关键结构件；湖南华曙高科技有限责任公司开发了全球首款具有开源特征、多模块功能一体化的工业级增材制造智能控制系统；深圳摩方材料科技有限公司已研发出尺寸精度达到0.5 μm的面投影微立体光刻3D打印设备。

三是专用材料研究取得进展。已有近百种增材制造专用材料实现产业化。航天海鹰(哈尔滨)钛业有限责任公司完成了国产冷坩埚真空感应熔炼气雾化钛合金制粉设备的集成制造；中航迈特粉冶科技(北京)有限公司研发设计的大容量、低成本电极感应气雾化装置，可制备出粉末球形度为90%、氧含量在0.07%～0.13%之间的高品质球形钛合金粉末；湖南华曙高科技有限责任公司成功开发了FS3200PA等系列尼龙粉末材料、碳纤维复合材料、玻璃微珠复合材料，在高温高压高精度的高分子及复合材料方面取得进展；中国科学院金属研究所研发的高性能钛合金棒丝材等已经量产。

四是应用领域不断拓展。《行动计划》实施以来，增材制造技术已从一般消费品制造推广到高端装备研发制造领域。西安铂力特增材技术股份有限公司解决了航空航天极端复杂精密构件制造难题，每年可批量生产复杂精密结构件8 000余件；中广核集团制造的核电站复杂流道仪表阀阀体，满足国际核电标准RCC-M的要求，可小批量快速生产；北京爱康医疗科技有限公司基于三维精准构建技术(3D ACT)研发的脊柱椎间融合器已获得上市许可；先临三维科技股份有限公司制造的汽车排气系统，具有复杂独特的内部结构，可同时实现发动机气流的直排和回压，有效减重67%。浙江闪铸三维科技有限公司将增材制造设备推广进入课堂和实验室，截至2018年3月，已在全国33个省2216所学校引进了3D打印设备，组建了实验室。

五是生态体系初步建成。2016年年底，工业和信息化部批准西安交通大学等13家单位筹建国家增材制造创新中心。增材制造标准化技术委员会及产品质量监督检验中心、产业联盟等组织相继成立，包括标准、检测、认证等在内的生态体系建设加速。初步形成了以环渤海地区、长三角地区、珠三角地区为核心，中西部地区为纽带的产业集聚区。

当前,增材制造技术与信息网络技术、新材料技术、新设计理念正加速融合,世界各国特别是发达国家都在积极布局，推动产业发展。我国增材制造产业发展速度较快,但与发达国家相比仍存在较大差距。①关键技术滞后,创新能力不足。高性能材料的研发和制备、高效复合增材制造工艺等关键共性技术急需突破，我国专用材料品种少,供应商少,高性能材料严重依赖进口，镍基合金、耐高温高强度工程塑料等材料尚无法批量生产。②关键核心器件依赖进口。高光束质量激光器及光束整形系统、高品质电子枪及高速扫描系统、大功率激光扫描振镜、动态聚焦镜等精密光学器件、阵列式高精度喷嘴/喷头等核心器件严重依赖进口,专用工艺设计软件及控制软件在国内仍处于起步阶段。③行业标准体系不健全,应用推广有待加强。美国已在增材制造专用术语、专用材料、测试方法、过程控制和零件设计五个方面开展了相应标准的制定工作。我国已立项4项国家标准,但尚未建立起完整的增材制造标准体系。在医疗、文化创意、创新教育等领域规模化应用有待加强。④产业发展迅速但整体呈现“小、散、弱”状态。据中国增材制造产业联盟统计,我国从事增材制造技术研发及设备生产的企业有500余家，规模以上企业仅有30多家，规模大、实力强的龙头企业数量相对较少。2017年,国内规模最大企业的年销售收入不足4亿元,不到美国Stratasys公司年销售额的7%。

3 政策建议

一是提高行业创新能力，加强创新体系建设。鼓励有产业基础、技术条件的地区建设省级增材制造创新中心，深入推进增材制造领域前瞻性、共性技术研究和先进科技成果转化。推动建立以企业为主体、市场为导向、知识产权利益分享机制为纽带、政产学研用协同的增材制造创新体系；组织编制产业发展路线图，强化关键共性技术研究。

二是提升材料、装备、器件及软件的供给质量。通过现有政策渠道支持增材制造材料、装备及关键零部件的研发和产业化；鼓励增材制造领域首台/套重大技术装备检验/检测评定体系建设，鼓励检验/检测认证机构结合增材制造产业特点，为行业发展提供更好的检验检测认证服务。

三是加大增材制造技术在各领域的推广应用。通过总结典型应用案例，遴选一批应用范围较广、实施效果显著的应用案例进行推广，不断深化行业应用。

四是培育龙头企业、深化国际合作。支持骨干企业发展壮大，促进科技成果转移转化，培育具有较强国际竞争能力的龙头企业，打造具有国际影响力的知名品牌，推进全产业链协同发展，推动产业集聚区建设；鼓励外商投资企业加大在华研发力度，支持国内企业积极“走出去”，多层次地开展专利、商标、标准方面的国际交流合作。

五是完善支撑体系，强化安全监管。健全增材制造计量体系，加强计量技术研究和测试服务；加快增材制造标准体系建设；推进增材制造领域新工科建设，推动产学合作协同育人项目。加强海外高层次科技、经营人才的引入和国际化人才的培养；加强安全宣传和普法警示教育，推动行业组织研究加强增材制造装备生产、销售、应用等环节以及从业人员的监管，强化增材制造生产、流通等环节的安全宣传，发挥行业组织作用，加强行业自制自律。

4 结论与展望

增材制造技术是对传统制造工艺的有益互补，将提升传统制造业向智能化、高效化方向转变的速度，未来将展现出新的发展特点：①设计数字化。增材制造利用数字化设计软件对材料结构进行建模仿真和拓扑优化，可直接打印制造如三维胞元结构的复杂部件，将有效减小产品质量，缩短研发周期。②材料专用化。材料是实现产品技术突破和产业升级换代的核心，随着增材制造工艺的日益成熟和应用领域的拓展，细分领域专用材料的需求将加速推动系列高质量增材制造材料的研发。③制造智能化。增材制造为传统生产制造探索出更多的智能制造方式，不论是设计、材料、装备等产业链的智能化，还是增材制造产品全生命周期管理与服务的智能化，都将赋能传统制造，实现智能化转型升级。④应用多元化。通过组织材料、装备及零部件生产企业与用户开展需求对接，利用增材制造云平台等新模式，线上线下打通增材制造在社会、企业、家庭中的应用路径，增材制造的应用场景将更加多元。

增材制造已由产业化培育阶段进入了推广应用的新阶段，《行动计划》有效衔接了《推进计划》，将以行业需求为牵引，大力推进增材制造在重点领域的规模化应用，着力打造“材料—设计—制备—应用”完整的增材制造产业链，推动形成涵盖标准、检测、认证等在内的产业生态体系，推进我国增材制造产业快速可持续发展，助力传统制造转型升级，为制造强国建设提供有力的基础支撑。