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美国国家增材制造创新学会投入了7000万美元,正在研发一种高科技3D打印技术

作者:新闻公告    来源:未知    发布时间:2020-04-28 00:15    浏览量:

据国外媒体报道,美国国家增材制造创新学会(National Additive Manufacturing Innovation Institute)近期为3D打印技术投资7000万美元,旨在再造美国制造业。
以下为文章全文:

近年来美国制造业在德国和中国制造业的崛起中,受到极大的打击。复苏美国制造业成为奥巴马政府的一项深远计划。为了提升美国整体竞争力,奥巴马曾向国会提议投资10亿美元到全美制造业创新网络。但是提议最终受到美国国会的反对,陷入僵局。而这并意味着奥巴马政府将放弃复苏美国制造业计划,而是积极争取各种可能的研发。

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近日,美国国家增材制造创新协会投资了7000万美元,正在研发一种高科技3D打印技术,而这种技术将会为制造业甚至是军事领域带来极大变革。美国国家增材制造创新协会是一家公私合营机构,这项新的3D打印技术得到了美国军方的支持。

核心提示:美国是当今世界能够制造高精尖装备的大国之一,也是现在3D打印技术的发源地。无论是产业发展上,还是技术上,目前美国都处于遥遥领先的地位。

  当你还能够打印一件东西的时候,为什么还要费劲去制造它呢?正是基于这一想法,美国国家增材制造创新学会投入了7000万美元,希望能在未来把 任何设计稿打印成实物。至少是在理论上,喷气式飞机、房子、电脑、无人机、自行车和各种零件等等很多物体在未来都可以通过3D打印机打印出来,而不再需要 工厂来生产。

高科技3D打印技术究竟会带来哪些变革呢?理论上,这个新技术能够使得3D打印机取代所以工厂。因为任何物体只要在电脑中完成设计,直接打印出来就可以了,而不需要任何制造。这意味着无论是房屋、电脑、自行车还是喷气式飞机、遥控飞机等都直接可以打印出来,生产环节被打印环节所取代。这意味着传统的装配线制造业将没有用武之地,可能被完全取代。

美国是当今世界能够制造高精尖装备的大国之一,也是现在3D打印技术的发源地。无论是产业发展上,还是技术上,目前美国都处于遥遥领先的地位。美国3D打印产业发展的成功经验具有如下几个方面:

  美国国家增材制造创新学会是一家由军方牵头的公私合作组织(public-private partnership),该学会希望能把3D打印技术推广到过去未曾涉足的新领域。在电脑上调整设计稿之后,就能在无需重新整备机器、无需建设新工厂的 情况下制造产品。在这种情况下,打印机本事就相当于工厂。军方对这一技术感兴趣并不让人觉得意外:这种打印机能够在战场上打印出装备部件,还能够在10年 时间内让制造方面的能耗减半(这是美国能源部设定的目标)。

这也是美国军方该技术感兴趣的原因,这种新型打印机应用于战场的话,就能够大量打印所需战略物资。能够该新型打印技术还能够大幅降低能源耗费,对于社会发展来说具有重要意义。一旦该技术研发成功,能够改变整个社会的民用技术前景。不过目前该项目还仅仅是一个基础理论研究项目,研发之路还相当漫长。

1、充分的市场竞争

  这种基础研究的成果也许也能改变民用技术的前景——至少按照美国空军研究实验室(Air Force Research Laboratory)的观点而言是这样:“这个学会将成为技术精英集中的地方,为了支持各种规模的制造业企业而向它们提供创新技术设施,确保美国的制造 业成为持久繁荣的经济体的关键支柱。”

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当前,美国的3D打印技术工艺包括立体光刻、选择性激光烧结、三维打印及熔融沉积制造等,这些技术均掌握于美国企业。当前,全球的3D打印市场竞争十分激烈,美国企业要想获得市场份额也必须通过市场竞争。也正是通过参与激烈的市场竞争从而使美国诞生了3Dsystelns公司和stratasys公司两大巨头。

  该计划是奥巴马政府旨在调整和复兴美国制造业的一项不为人知却意义深远的运动的最新部分,近几十年来,中国和德国对美国的制造业带来了不小的冲 击。奥巴马政府此项运动还希望能够保持(在某些领域则是重夺)美国在科技研发领域的领先地位:中国政府在研发投资方面正在迅速缩小和美国的差距,2011 年,中国在研发领域的投资高达30亿美元,是1998年的7倍。

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2、完善的配套产业

  目前,这些投资还尚未见到成果。奥巴马今年3月要求国会批准向能够“推进全美竞争力”的全美制造业创新网络(National Network of Manufacturing Innovation)投资10亿美元,他同时还要求国会批准材料基因组计划(Materials Genome Initiative)和先进制造业合作计划(Advanced Manufacturing Partnership),与私营企业合作来让先进材料的商业化“更快,更便宜,更可预期”。

3D打印产业的发展离不开配套产业的支撑,尤其是3D打印所需的CAD软件和打印材料。美国3D打印的配套产业非常发达,不仅能够提供3D打印机,而且基本上都能够为客户提供一体化的3D打印解决方案。美国的CAD软件产业以及热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末等打印材料都比较发达,从而为美国的3D打印企业提供了有力的支撑。

  但由于国会的僵局,奥巴马政府的这些计划都还停留在纸上,目前,仅有“试点项目”和执行计划(executive initiatives)获得批准。

3、强大的政府资助

3D打印技术及其产业展现出其对传统制造业的革命性突破,美国联邦政府对此给予了高度重视和大力的财政支持。2012年3月,美国总统奥巴马批准,以10亿美元投资设立国家制造业创新网络(简称为NNMI,The National Network for:Manufacturing Innovation)。15个不同地区的制造业创新研究所构成的国家制造业创新网络,采取“官产学”方式进行合作,以实现加强美国制造业的创新,提升美国在全球的竞争力。NNMI首当其冲纳入考虑的范畴即是增材制造,2012年8月,美国建立国家增材制造创新研究所(NAMII,National Additive Manufae luring Innovation Institute)。美国俄亥俄州的扬斯敦商业孵化器是首个获得NAMII资格的机构,国家航空和航天局、国防部、商务部、能源部和国家科学基金会五家联邦机构总共投入300万美元,西弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州和俄亥俄州政府及工业界配套投入400万美元。西弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州和俄亥俄州技术带总共有32000家制造业企业,是全美的第三大制造业中心(仅次于德克萨斯州和加尼弗利亚州),成为斯敦商业孵化器的辐射范围。

4、协会的长期推动

全美制造工程师学会(The Society of Manufacturing Engineers,SME)在很大程度上推动了美国3D打印技术的应用和产业化。该学会作为全球3D打印技术的年度盛会RAPID的组织者,快速技术和增材制造(Rapid Technologic and Additive Manufacturing,RTAM)团体就是由其在20世纪80年代中期开始建立,并开始积极推动3D打印技术的应用和产业化。

5、健全的技术标准

基于美国测试和材料协会(American Society for Testing and Material,ASTM)的基础,ASTM International逐步发展起来,成为全球自愿达成的工业标准的主要制定者。2009年,ASTM International设立一个委员会,被称为F42委员会,TC261是其在国际标准组织150的对应机构,目的是专门针对增材制造技术。2011年,合作协议由ASTM和150签署,表示D打印技术的国际标准工作由双方共同来推动。近两年来,在双方的合作下,3D打印的技术标准得到不断完善,成为推动3D打印技术应用和产业化规范发展的重要推动力量。

6、发达的金融支撑

强大的风险投资基金和发达的金融支持是美国创新的重要组成部分,也是推动3D打印产业不断发展和壮大的重要原因。3D打印产业的形成和发展都得到了美国风险投资基金的支持,一是在Stratasys成立伊始,创始人通过向风险资本出售35%的公司股权,获得了120万美元的风险投资,对企业发展发挥了重要的推动作用。二是2011年3D Systems购买了一家公司的全部股权,并斥资1.37亿美元收购另外一家公司,2013年又收购了3D模型设计公司的软件企业。

7、强大的市场需求

3D打印设备是当前3D打印技术中一种常见的终端应用产品,融合了许多高精尖技术,初期在生产规模比较小的时候,单个打印设备的价格比较高,市场需求也比较小,除了少部分打印机用于科学研究、科普展览等领域外,大多数的买家主要是一些大型制造企业。如Stratasys公司在刚成立时,由于找不到适合的市场,于是专门为通用汽车、3M、Prat&whitney等大客户量身定做了3D打印设备,使得企业才开始有了起步的动力,由此开辟了3D打印设备的市场。由此可见,大型制造企业的强大市场需求是美国3D打印设备能够实现产业化的重要推动力。

8、整合的技术路线

3D打印设备要能够正常的工作,需要许多与之相配套的产业,这就需要及时对相关的技术和产业进行整合,从而不断提高3D打印设备的技术水平和功能。比如美国,在开发3D打印技术的过程中,既有专业的3D打印技术企业如tratasys和3D systems,也有一大批掌握了这项技术的大型制造企业。在这种情况下,就需要通过购买股权等方式对不同的技术路线进行有效的整合。

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