2015年8月在国务院第一次专题讲座上，李克强总理对增材制造表示出浓厚兴趣。他表示，这给我们一个很重要的启示：中国发展到今天，我们要瞄准下一个发展阶段，要想由制造大国迈向制造强国，就需要在理念上提升一个层次。
李克强同时称，“增材”的理念非常符合我国的国情需要。我国的自然禀赋并不占优，人均资源占有量在很多方面都低于世界平均水平，“增材”的方式可能会对我国发展方式带来颠覆性的重大转变。不仅是3D打印，还有很多其他技术，要围绕这一理念认真思考：怎样转变发展方式，走出一条推动中国产业、经济迈上中高端的路子来。
据OFweek激光网编辑了解，增材制造技术起源于美国，是基于材料堆积法的一种新型技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。随着美国总统奥巴马多次在国情咨文中强调增材制造(3D打印)的重要性，至此增材制造技术开始在全球风靡，于此同时中国也制定出相关推进技术，促进增材制造产业发展。接下来OFweek激光网将带你领略中美增材制造的不同方向与侧重。
李克强总理关注“增材”
增材制造——创新与创业的利器
增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技术是通过CAD 设计数据并采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自下而上”的材料累加制造方法。自20 世纪80 年代末，增材制造技术逐步发展，期间也被称为“材料累加制造”、“快速原型”、“分层制造”、“实体自由制造”、“3D 打印技术”等。美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会对增材制造给出了定义：增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作物体的过程，相对于减法制造，它通常是逐层累加的过程。3D打印也常用来表示“增材制造”技术。狭义的3D 喷印是指采用打印头、喷嘴或其他打印技术沉积材料来制造物体的技术，这些增材制造设备相对价格较低，总体功能较弱。
从更广义的原理上来看，以三维CAD设计数据为基础，将材料(包括液体、粉材、线材或块材等)自动化地累加起来成为实体结构的制造方法，均可视为增材制造技术。
增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且越是结构复杂的产品，其制造的速度优势越明显。近20 年来，增材制造技术得到了快速的发展，增材制造原理与不同的材料和工艺结合发展出了许多增材制造设备，目前已达到20 多个种类。这一技术在各个领域都获得了广泛的应用，如电子产品、汽车、航空航天、医疗、军工、地理信息、艺术设计等。
增材制造(3D 打印)技术被认为是“一项将要改变世界的技术”。英国《经济学人》杂志认为增材制造将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。2013 年麦肯锡发布“展望2025”，而增材制造被纳入决定未来经济的12 大颠覆技术之一。增材制造技术为我国制造业发展和升级提供了历史性机遇。增材制造可以快速、高效地实现新产品物理原型的制造，为产品研发提供快捷技术途径。该技术降低了制造业的资金和人员技术门槛，有助于催生小微制造服务业，有效提高就业水平，有助于激活社会智慧和资金资源，实现制造业结构调整，促进制造业由大变强。
(1)为创新、创业开拓了巨大空间。3D 打印适用于复杂形状结构、多品种、小批量的制造以及众多领域的应用。人们可以通过拓扑优化设计及多材料制造功能梯度结构，最大限度地发挥材料的功能，为许多装备设计和制造带来颠覆性进步，使设计摆脱了传统技术可制造性的约束，给创新设计释放了巨大的空间。
(2)崭新的生产组织模式为创业提供了无限商机。增材制造带来集散制造的崭新模式，即通过网络平台，实现个性化订单、创客设计、制造设备，乃至资金的集成规划与分散实施，这一生产模式可以有效实现社会资源的最大发挥，为全民创业和泛在制造提供技术支撑。
(3)促进学科交叉研究的革命性发展。发展微型冶金试验平台，应用于材料基因研究，创造新合金材料。可以通过细胞打印、组织工程，发展器官再造，通过建设干细胞试验台，快速、高效进行干细胞诱导试验，发展基因打印，为生命学科发展提供跃进式发展。
(4)为我国制造业发展和升级带来重大机遇。3D 打印是产品创新的利器，已经成为先进开发模式。而生产能力过剩，产品开发能力严重不足，是我国制造业发展的瓶颈。将3D 打印迅速在各个领域推广应用，是发展高技术的服务业，实现制造业结构调整和促进制造业由大变强的重要手段。
关键技术
(1)智能化增材制造装备。增材制造装备是高端制造装备重点方向，在增材制造产业链中居于核心地位。增材制造装备制造包括制造工艺、核心元器件和技术标准及智能化系统集成。面向装备发展需求，应重点研究装备的系统集成和智能化，包括：多材料、多结构、多工艺增材制造装备;增材制造数据规范与软件系统平台;材料工艺数据库建设与装备的智能控制;增材制造装备关键零部件及系统集成技术。
(2)增材制造材料工艺与质量控制。增材制造的材料累积过程对构件成形质量有重要影响，主要体现在零件性能和几何精度上。为保证制造质量，需要不断研发面向增材制造的新材料体系;通过材料、工艺、检测、控制等多学科交叉，提升制件质量。研究内容包括：面向增材制造的新材料体系;金属构件成形质量与智能化工艺控制;难加工材料的增材制造成形工艺;增材制造材料工艺的质量评价标准。
(3)功能驱动的材料与结构一体化设计。增材制造因其降维和逐点堆积材料的原理，给设计理论带来了新的发展机遇。一方面突破了传统制造约束的设计理念，为结构自由设计提供可能，另一方面超越传统均质材料的设计理念，为功能驱动的多材料、多色彩和多结构一体化设计提供新方向。研究内容包括：功能需求驱动的宏微结构一体化设计;多材料、多色彩的结构设计方法与智能化制造工艺集成;面向增材制造工艺的设计软件系统。
(4)生物制造。增材制造技术与生物医学结合形成了新的学科方向——生物制造(Biofabrication)。它是制造、材料、信息和生命科学的交叉融合，目标是为生物组织从细胞和生物材料向有形大结构组织和器官发展提供结构载体;研发定制化组织器官及其替代物，发展新兴产业，为人类健康服务。重点研究包括：个性化人体组织替代物及其临床应用;人体器官组织打印及其与宿主组织融合;体外生命体组织仿生模型的设计与细胞打印。
(5)云制造环境下的增材制造生产模式。发挥并利用全社会智力和生产资源是未来社会形态变革的方向，增材制造正是促进这一社会模式形成的技术动力。新一代生产模式趋向于集散制造发展，实现工艺、数据、报价统一，形成众创、众包、众筹的运作方式。因此，需要技术和管理的集成创新，需要开展制造学科与管理学交叉融合的研究与应用实践。主要研究包括：增材制造技术与传统制造工艺的技术集成;增材制造服务业对社会化生产组织模式变化的影响;效益驱动的分散增材制造资源与传统制造系统的动态配置;分散社会智力资源和增材制造资源的快速集成。
美国增材制造技术路线图
近日，美国制造发布了增材制造技术路线图，该路线图包括设计、材料、工艺、价值链和增材制造基因组5个技术焦点领域，同时在每个技术焦点领域下分别划分了子焦点领域，并按照其技术成熟度分别对每个领域2013年～2020年的发展重点进行了规划。
一、路线图的5个技术焦点领域具体如下：
1、设计：该技术焦点领域的目标是推动所需的新的和新颖的非专利设计方法与工具的技术进步，确保文化变迁，并使增材制造零部件的设计打破与铸件或机加件类似的设计循环。
该技术焦点领域包括，提出解决思路，填补路线图缺口，避免受目前针对传统制造工艺开发的CAD/CAM/CAE/PLM工具和设计实践相关的基本极限限制。
该领域的技术焦点及相关影响分析指标包括：复杂度提升;3D功能梯度材料;多种材料的集成;基于模型的检测;产品的个性化与定制。
2、材料：该技术焦点领域的目标是是围绕基准的增材制造性能表征数据，建立知识体系，消除已有(as-built)材料性能变异性。
该领域包括，从控制工艺参数和已有微观结构，向控制微尺度增材制造工艺的潜在物理过程转变，以获得一致的、可复制的微观结构及预设的性能。
该领域需要开发的技术重点及相关影响分析指标包括：标准化的原料材料;基准的材料特性数据;工艺-特性-结构相互关系;操作范围边界定义;后处理指南与规范。
3、工艺：该技术焦点领域的目标是推动技术进步，提高大型增材制造设备的加工速度、加工精度及分辨能力，提高增材制造零部件质量。
该领域关注使增材制造“机器级”工艺性能改进所需的关键技术及相关子系统(类似于机床柔性制造系统)，如多轴、多功率激光数控子系统，过程温度梯度控制子系统，连续式设备等。
该领域改进的重点和相关的影响分析指标包括：加工速度;精确度;具体性能;表面质量;最大零部件尺寸。
4、价值链：该技术焦点领域的目标是推动技术进步，确保增材制造生产的产品在入市时间及端到端价值链成本有阶跃式改进。该领域包括快速取得资格/认证方法，以及全面关注产品全生命周期(包括材料和产品的回收再用等)的集成技术。已经确定，该技术焦点有助于基于创建一条集成的数字线，来确定先进制造企业技术投资的优先级;有助于确定劳动力技能需求及使能技术，如设计助手及应用程序，以提高生产能力;该技术领域强调需要新的和新颖的快速设计和检验技术。
该领域的技术重点和相关影响分析指标包括：加工成本;原材料成本;质量控制成本;劳动生产力成本;能源效率成本。
5、增材制造基因组：该技术焦点领域的目的是推动技术进步，确保大幅减少增材制造新材料设计、开发和取得资格所需的时间和成本。该领域包括开发新的和新颖的计算方法，如基于物理及模型辅助的材料性能预测工具;开发对计算机预测进行验证所需的通用基准数据，以及针对材料性能表征的新思路，有助于为每一个新的增材制造材料-工艺组合打破开发设计循环。
该领域的技术重点和相关影响分析指标与美国国家材料基因组计划类似，包括：计算机辅助材料开发;模块化开放式仿真框架;可公开访问的材料特性数据;多尺度的数据管理和共享;有效的材料性能表征方法。
二、子焦点领域具体如下：
设计——包括仿生设计与制造、成本和能源动因分析/建模、产品和工艺设计助手/应用3个子领域;
材料——包括非专利的增材制造技术数据包、材料性能表征、下一代材料3个子领域;
工艺——包括多材料输送和沉积系统、下一代加工设备、工艺温度梯度控制3个子领域;
价值链——包括先进传感与检测方法、数字线集成、智能加工控制方法、快速检测方法、修复技术、标准/架构/协议6个子领域;
增材制造基因组——包括基准验证应用案例、模型辅助性能预测、基于物理的建模与仿真3个子领域。
中国增材制造产业发展推进计划(2015～2016年)
为落实国务院关于发展战略性新兴产业的决策部署，抢抓新一轮科技革命和产业变革的重大机遇，加快推进我国增材制造(又称“3D打印”)产业健康有序发展，工业和信息化部、国家发改委、财政部研究制定并印发了《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》)。
《推进计划》中明确了发展目标：到2016年，初步建立较为完善的增材制造产业体系，整体技术水平保持与国际同步，在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平，在国际市场上占有较大的市场份额。一是产业化取得重大进展。增材制造产业销售收入实现快速增长，年均增长速度30%以上。进一步夯实技术基础，形成2～3家具有较强国际竞争力的增材制造企业。二是技术水平明显提高。部分增材制造工艺装备达到国际先进水平，初步掌握增材制造专用材料、工艺软件及关键零部件等重要环节关键核心技术。研发一批自主装备、核心器件及成形材料。三是行业应用显著深化。增材制造成为航空航天等高端装备制造及修复领域的重要技术手段，初步成为产品研发设计、创新创意及个性化产品的实现手段以及新药研发、临床诊断与治疗的工具。在全国形成一批应用示范中心或基地。四是研究建立支撑体系。成立增材制造行业协会，加强对增材制造技术未来发展中可能出现的一些如安全、伦理等方面问题的研究。建立5～6家增材制造技术创新中心，完善扶持政策，形成较为完善的产业标准体系。
推进计划主要有以下五方面：一是着力突破增材制造专用材料。依托高校、科研机构开展增材制造专用材料特性研究与设计，鼓励优势材料生产企业从事增材制造专用材料研发和生产，针对航空航天、汽车、文化创意、生物医疗等领域的重大需求，突破一批增材制造专用材料。针对金属增材制造专用材料，优化粉末大小、形状和化学性质等材料特性，开发满足增材制造发展需要的金属材料。针对非金属增材制造专用材料，提高现有材料在耐高温、高强度等方面的性能，降低材料成本。到2016年，基本实现钛合金、高强钢、部分耐高温高强度工程塑料等专用材料的自主生产，满足产业发展和应用的需求。
二是加快提升增材制造工艺技术水平。积极搭建增材制造工艺技术研发平台，建立以企业为主体，产学研用相结合的协同创新机制，加快提升一批有重大应用需求、广泛应用前景的增材制造工艺技术水平，开发相应的数字模型、专用工艺软件及控制软件，支持企业研发增材制造所需的建模、设计、仿真等软件工具，在三维图像扫描、计算机辅助设计等领域实现突破。解决金属构件成形中高效、热应力控制及变形开裂预防、组织性能调控，以及非金属材料成形技术中温度场控制、变形控制、材料组份控制等工艺难题。
三是加速发展增材制造装备及核心器件。依托优势企业，加强增材制造专用材料、工艺技术与装备的结合，研制推广使用一批具有自主知识产权的增材制造装备，不断提高金属材料增材制造装备的效率、精度、可靠性以及非金属材料增材制造装备的高工况温度和工艺稳定性，提升个人桌面机的易用性、可靠性。重点研制与增材制造装备配套的嵌入式软件系统及核心器件，提升装备软、硬件协同能力。
四是建立和完善产业标准体系。研究制定增材制造工艺、装备、材料、数据接口、产品质量控制与性能评价等行业及国家标准。结合用户需求，制定基于增材制造的产品设计标准和规范，促进增材制造技术的推广应用。鼓励企业及科研院所主持或参与国际标准的制定工作，提升行业话语权。开展质量技术评价和第三方检测认证。针对目前用户对增材制造产品在性能、质量、尺寸精度、可靠性等方面的疑虑，就航空航天、汽车、家电、生物医疗等对国家和人民生活安全有重大影响的行业使用增材制造技术直接制造产品，开展质量技术评价和第三方检测认证，确保产品的各项指标满足用户需求，促进增材制造技术的推广应用。
五是大力推进应用示范。第一，组织实施应用示范工程。依托国家重大工程建设，通过搭建产需对接平台，着重解决金属材料增材制造在航空航天领域应用问题，在具备条件的情况下，在国防军工其他领域予以扩展。在技术相对成熟的产品设计开发领域，发展增材制造服务中心和展示中心，通过为用户提供快速原型和模具开发等方式，促进增材制造的推广应用。对于创意设计、个性化定制等领域，通过搭建共性服务平台，支持从事产品设计开发、文化创意等领域的中小型服务企业采用网络化服务模式，提高专业化服务水平。完善个性化增材制造医疗器械在产品分类、临床验证、产品注册、市场准入等方面的政策法规。第二，支持建设公共服务平台。在具备优势条件的区域搭建公共服务平台，发展增材制造创新设计应用中心，为用户提供创新设计、产品优化、快速原型、模具开发等应用服务，促进增材制造技术的推广应用。加大对增材制造专用材料、装备及核心器件研发基地建设的支持力度，加快形成产业集聚发展，尽快形成产业规模。第三，组织实施学校增材制造技术普及工程。在学校配置增材制造设备及教学软件，开设增材制造知识的教育培训课程，培养学生创新设计的兴趣、爱好、意识，在具备条件的企业设立增材制造实习基地，鼓励开展教学实践。
《推进计划》指出，推进国家增材制造产业发展的政策措施包括：加强统筹协调;加大财税支持力度;拓宽投融资渠道;加强人才培养和引进及扩大国际交流合作。
编者语：
虽然中美政府领导人在不同场合都强调了增材制造(3D打印)技术的重要性，并同时对产业发展进行了相应规划，但从长远来看，中国政府提出的仅仅是一个短期计划及指导意见。虽然近几年国内3D打印产业快速发展，各种产业基地如“雨后春笋”般出现，但业内专家也表示，国内3D打印产业不是“过热”而是投入不够。作为一种全新的制造理念，国内3D打印离产业化还有很长的路程，国家政策引导作用不能“一蹴而就”!
