原创宁波新兴产业发展动态之增材制造产业

点击上方“宁波新经济观察”可订阅哦!增材制造(3D打印)又称“三维打印技术”或“快速打印技术”,也称“增材制造”,其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。随着以云计算、物联网和互联网为代表的新一代信息技术快速发展,因其可极大缩短产品研制周期、个性化强、提高生产效率、降低生产成本等优点,正蓬勃兴起。一、全球发展现状(一)自年第一台增材制造设备面世以来,20多年间增材制造产业规模不断增加-年全球增材制造产业呈现匀速上升态势,年后产业发展速度激增。从年不足1亿美元快速增长到年的41亿美元,复合增长率达19.2%之多。据预测,年全球规模将进一步上升至50亿美元,并保持近20%增长率。图1:全球增材制造产业市场规模变化(二)美国、欧盟、俄罗斯处于行业领先地位,中国、印度、日本、韩国等国正在加紧布局美国是全球增材制造技术和应用的领导者。美国政府高度重视增材制造产业发展,年奥巴马总统针对美国制造业提出了一系列发展方案,将增材制造列为11项重要技术之一;形成了3DSystem、Stratasys、ExOne、Shapeways等全球领军企业,其中3DSystem和Stratasys是世界上规模最大的两家增材制造企业,技术研发、产品实力处于行业领先地位,Shapeways是全球首家增材制造领域制造业和服务业融合发展的在线3D打印社区,累计产品超过万件。欧盟增材制造产业近年来实现了数字化规模生产,技术研发不断取得突破,德国、比利时、荷兰等国家涌现出技术实力较强的企业,代表企业有德国的EOS、RepRap,比利时的Materialise,瑞典的ArcamAB,荷兰的Ultimaker。俄罗斯,在技术方面,在其全球领先的激光技术辅助之下,粉末床熔融技术、直接金属激光烧结技术(DMLS)和选择性激光熔化成型技术(SLM)等增材制造技术领先全球;在原材料方面,实现了石膏粉末和砂岩粉末混合物、碱金属材料的研发;在下游应用方面,工业制造、航空、军事与医疗等领域皆取得长足进展。中国、印度、韩国增材制造产业尚处于起步阶段。中国形成了以高校、科研院所增材技术研究为依托,将技术实现产业化的发展格局;印度在增材制造软件开发领域具有领先优势,技术现已应用在汽车、电子、建筑和石油领域;韩国政府成立增材制造工业发展委员会,建立3D打印中心,为中小企业提供3D打印设施和员工培训。(三)各国积极建设增材制造产业联盟、技术中心,强化共性技术的研发美国先后成立了由产学研三方组建的增材制造创新研究所、增材制造联盟,有效推动美国增材制造产业共性技术的研发;年欧盟发布了“增材制造标准化支持行动”,德国、英国建立了增材制造研究中心,推动增材制造技术在航空航天领域中的应用;中国和俄罗斯、澳大利亚、新加坡等先后建立增材制造产业研究中心、产业技术联盟与研究所,致力于增材制造技术的突破与研发。(四)增材制造技术现主要应用在工业造型与模具制作等方面,未来将逐渐应用在航空航天、医学、科学数据可视化、电子器件等领域航空航天领域,依托增材制造技术缩短加工周期、减轻结构重量、节约昂贵战略金属材料的优势,未来将逐渐应用在地面制造卫星结构系统、机电系统、推进系统等的关键精密部件制造,以及太空站试制零部件等方面。目前,美国NASA增材制造团队正尝试利用增材制造技术制造首个全尺寸铜合金火箭发动机零件。医学领域,利用CT、MRI等生物医学图像,生成增材制造用CAD模型,可应用于外科整形、手术规划和个性化假肢设计等领域;依托生物仿生复杂结构设计,建立具有多尺度复杂结构的生物系统模型,采用生物相容性的材料,制造出可植入人体的替代和修复体;基于医用材料、金属专用材料的突破,增材制造技术将应用于人体组织支架和类组织结构体的生物制造;将细胞、蛋白及其他具有生物活性的材料作为增材制造的基本单元,利用增材制造技术直接进行细胞打印,以构建体外生物结构体、组织、器官模型。科学数据可视化领域,增材制造技术可打破原有三维模拟成像的局面,利用计算机辅助工程、地理地形信息等科学计算,应用增材制造设备进行3D彩色打印,实现数据分析与几何结构的实体可视化制作,模拟成像与立体造型的可视化成型。电子器件领域,基于增材技术在玻璃材质、柔性透明树脂领域的技术突破,技术将设计制作电子器件和光学器件,如RFID、太阳能光伏器件、OLED等。(五)材料是产业发展的瓶颈所在,未来将重点发展金属专用材料、医学专用材料以及非金属专用材料等基于一类产品对应一类材料、一类技术、一类设备的产业特性,材料是制约产业发展的根本性因素。现有可进行增材制造的材料主要以化学聚合物为主,应用领域集中在工业模型与模具制作,范围相对狭窄。为满足增材制造下游应用领域的需求,未来将重点发展金属专用材料、医学专用材料以及非金属专用材料。金属专用材料,将重点发展钛合金、铝合金、铜合金、高温合金、Invar合金等重要金属专用材料,支撑增材制造技术在航空航天领域的应用;钴镍合金、镁合金等医用金属材料将推动增材制造技术在金属植入器件制备、人体组织支架等医学领域的应用。医学专用材料,将重点发展胶原、壳聚糖等天然医用材料;聚乳酸、聚乙醇酸、聚醚醚酮等人工合成高分子材料;羟基磷灰石等生物活性陶瓷材料,支撑增材制造技术在仿生组织修复、个性化组织、功能性组织及器官等医学领域的应用。非金属专用材料,将重点发展光敏树脂、高性能陶瓷、碳纤维增强尼龙复合材料(℃以上)、彩色柔性塑料以及PC-ABS材料等耐高温高强度工程塑料,支撑航空航天、汽车零部件等铸造用模具开发及功能零部件制造。二、国内发展现状相较全球增材制造产业发展,国内增材制造技术起步晚,但发展迅速,尚处于发展初期阶段。年中国产业市场规模约为10亿元,年为20亿元,年增长至38亿,基本保持了95%的年增长率,发展态势良好,主要依托高校和科研院所进行增材制造技术研发,并未实现在工业及个人消费领域大规模推广,整体上处于产业发展的初期阶段。国内增材制造产业主要依托高校与科研院所进行技术研发,并由高校牵头搭建产业化发展平台。组建了中航激光、北京太尔时代、西安恒通智能、西安铂力特、武汉滨湖机电、上海富奇凡、杭州先临三维科技等一批本土增材制造重点企业。表1:科研机构建立产业化平台汇总多地建立了增材制造产业联盟,促进行业资源共享,解决产业共性技术研发。先后成立了中国3D打印技术产业联盟、西部3D打印产业技术创新联盟、江苏省三维打印产业技术创新战略联盟、四川省增材制造产业发展联盟、深圳市3D打印产业联盟,推动增材制造技术产业化、市场化进程。表2:国内增材制造产业联盟三、宁波发展基础宁波围绕产增材制造产业链,拥有增材制造产品研究开发、制造、材料和应用服务单位近12家,具备承载增材料打印产业发展的良好基础。表3:宁波市增材制造企业简介创新资源基础较好,拥有国家级公共科研院所、企业级创新平台以及增材制造人才团队。在科研院所方面,拥有中科院先进制造技术研究所、中科院材料技术研究所2家国家级科研机构,其中,材料所在玻璃材料、纳米材料和碳纤维材料等领域申请专利近10项;在创新平台方面,建成2家国家级、2家市级以企业为主体的创新平台,为区域内从事家电、模具制造、汽车配件等领域的企业,提供快速制造成品与技术咨询等服务;在人才团队方面,中科院宁波工业技术研究院,积极引进增材制造技术领域人才团队,在复杂铸件增材制造技术、超声波雾化3D微喷射打印技术、激光微熔覆技术等方面关键技术取得突破。表4:宁波市增材制造领域科研机构与创新平台四、宁波增材料制造产业发展机会与建议宁波应该







































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