詹欣程:广东省3D打印产业发展情况

天堂的苦涩 中字

2017年3月14日,广东省委党校广东行政学院任职班学员詹欣程在上午的课堂“微论坛”上介绍了广东省3D打印产业发展情况。他的发言内容基于省经济信息化委产业发展处开展的广东省3D打印产业发展情况所形成的调研报告。他在发言中还呼吁大家在当今科技革命和产业变革的关键时期,更加关注高速发展的3D打印产业,努力让新科技更好地服务于人民学习生活和国家产业发展。现将发言内容整理介绍如下:

一、3D打印的制造优势

3D打印是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品,比如:广州小蛮腰、金属球中球等。可以说,它既是一种集合了机械、电子、软件、材料等多个学科的新兴制造技术,又可以运用于制造航空航天、工业、创新创意、医疗植入物产品以及模具等多个领域产品。

制造业从材料角度来说,有三种制造方法,即从最初的等材制造(即什么材料适合用于哪些方面就直接用于哪些方面),发展到减材制造(通过对材料的加工,形成有用的零部件或成品),到现在的增材制造(用材料累加成零部件或成品,即3D打印),增材制造最大的优势能生产出结构特别复杂很难加工产品(按照目前水平,基本上能打印出电脑制作的立体图像)以及个性化定制(比如耳机、牙齿及创新创意,特别在今年2月17日,广东省骨科医院成功为脊柱脊索瘤患者植入3D打印人工锥体,标志着3D打印在治疗临床领域上了新台阶)的产品,同时可以简化产品的制造程序(无需原胚和模具),提高效率并降低成本。英国《经济学人》杂志在2012年发表专题文章《第三次工业革命》一文中将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一。

二、3D打印的发展状况

(一)国际3D打印发展情况

3D打印发展历史不长,至今36年。目前,从3D打印机看,主要有金属3D打印机和桌面3D打印机。
从3D打印材料看,可以分为金属和非金属两大类,形态包括固态、液态、粉末等。

从3D打印工艺看,金属材料3D打印用激光或电子束两种光源,有激光选区熔化(SLM)、激光近净成形(LENS)、电子束选区熔化(EBSM)、电子束熔丝沉积(EBDM)等4种;非金属材料3D打印主要包括光固化成形(SLA)、熔融沉积成形(FDM)、激光选区烧结(SLS)、三维立体打印(3DP)、材料喷射成形等5种。
从3D打印市场布局看,国际3D打印市场形成三足鼎立的格局:即北美、欧洲和亚太三个地区,累计装机量占全球的95%,其中四成在北美(美国为主),欧洲和亚太地区各占近三成。全球信息技术研究和顾问公司Gartner预测2016年3D打印机的全球出货量将达到455772台,其中超过30%的3D打印机由中国生产。根据Wohlers Associates(沃勒斯合伙公司,全球最权威的3D打印行业研究机构)估算,3D打印2016年全球总销售额预计达到73亿美元,2018年将达到127亿美元,2020年预计达到212亿美元。

(二)国内3D打印发展情况

我国3D 打印产业相对欧美国家起步较晚,从上世纪90年代开始研究增材制造技术,但经过多年发展,3D 打印技术与世界先进水平基本同步,在高性能复杂大型金属承力构件3D 打印等部分技术领域已达到国际先进水平。国家也出台了一系列政策,支持3D 打印技术的发展。2013年8月,工信部印发了《信息化和工业化深度融合专项行动计划(2013-2018年)》,其中提到“拓宽增材制造(3D打印)技术在工业产品研发设计中的应用范围,推进增材制造在航空航天和医疗等领域的率先应用。2015年2月,工信部、发改委、财政部联合印发《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,首次将3D打印产业发展上升到国家战略层面;2015年6月出台《中国制造2025》,明确要将3D打印作为我国智能制造的重要产业培育和发展方向之一;2016年10月成立中国增材制造产业联盟,设立了国家增材制造创新中心。

目前,技术方面形成了清华大学颜永年、北京航空航天大学王华明、西安交通大学卢秉恒、华中科技大学史玉升、华南理工大学杨永强、西北工业大学黄卫东为核心的研究团队。产业分布主要集聚在长三角、珠三角、北京、武汉、长沙、西安等地区和省市。目前已形成一些龙头企业,如中航天地激光、陕西恒通、西安铂力特、湖北湖滨机电、杭州先临三维、湖南华曙高科、珠海西通、深圳维示泰克、深圳光韵达等一批龙头企业。但是,我国3D 打印产业化仍处于起步阶段,与先进国家相比存在较大差距,离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。

据行业人士估算,2015年中国3D打印市场规模在78亿元左右,预计到2018年将超过200亿元。美国《连线》杂志创始主编凯文?凯利(Kevin Kelly)预言,中国在移动互联网领域的发展将会帮助中国3D打印技术达到世界级水平,而中国特有的制造业背景,将会帮助中国成为3D打印技术的领军者。

(三)广东省3D打印发展情况

广东省的3D打印产业最早在深圳发展,2014年6月,广东省委、省政府出台《中共广东省委 广东省人民政府关于全面深化科技体制改革 加快创新驱动发展的决定》(粤发〔2014〕12号),做出实施广东省重大科技专项工作总体部署,增材制造作为九大重大科技专项之一被纳入支持范围,两年从高性能3D打印材料、金属3D打印装备及产业化、非金属3D打印装备及产业化等五大专题支持增材制造相关技术研究项目,共计支持项目34项,投入经费1.33亿元,其支持项目的85%以上由广东省内企业与高校或科研院所合作实施。去年广东省政协提案《关于加快发展3D打印技术,促进广东制造业升级》,副省长袁宝成同志在今年3D打印产业发展中指出,3D打印未来前途不可限量。

据调研统计,2015年,广东省3D打印产业主要有“33456”的特点:即产值近30亿元,占全国市场规模的30%多;涉入3D打印业务的企业超过400家(其中60%的企业分布在深圳,广州100余家,东莞80多家,珠海、中山有20多家、佛山有10多家3D打印企业);开展增材制造业务的研发人员近5000人,主要分布在珠三角的广州、深圳、东莞、佛山、珠海、中山等6个地市,初步形成涵盖软件、产品设计、材料、关键器件、装备、工业应用的完整产业链,产业链每个环节都集聚了一批领先企业,在软件、汽车、模具、生物医疗、文化创意等领域已形成一定应用规模。据摸查,未来三年我省3D打印领域拟投资项目规模超过12亿元。

已建立公共服务平台有4项6个:广东省增材制造技术及装备工程实验室(中科院广州电子技术有限公司)、广东省增材制造应用技术中心(广东工业大学、广州市工业设计产业园)、广东省增材制造非金属材料工程技术中心(广东东莞银禧科技)、国家生物打印工程实验室(广州迈普、华南理工大学);已建立培育示范基地有7个:广州创意设计3D打印基地(广州荔湾区)、佛山南海3D打印产业基地(佛山高新区)、广东省3D打印教育培训基地(国防技校)、广州市3D打印基地(广州工业设计园)、东莞教育示范基地(东莞华南协同创新研究院等)、中山小榄、横栏3D打印专业镇。

总体上,广东省3D打印产业发展还处于培育发展阶段,虽然在国内处于相对领先地位,但在关键核心技术储备和产业化应用方面与国际先进水平还有较大差距。主要有:

1.政策引导有待加强。广东省尚未出台3D 打印产业方面的专门政策文件,急需通过制定具体的政策文件,规划统筹协调全省资源,引导产业发展方向,明确重点工作任务,落实政策保障措施。

2.产业规模有待扩大。目前,广东省3D 打印产业缺乏行业领军企业,缺乏导向和标杆,难以围绕骨干企业形成具有核心竞争力产业链和生态圈。

3.标准体系有待健全。广东省也无基于3D 打印产业的产品设计标准和规范。急需支持龙头企业抓住机遇,尽快牵头建立和完善从工艺、装备、材料、关键零部件到产品质量评价等系列规范及标准,抢占行业话语权。

4.关键技术有待突破。急需研制推广使用一批具有自主知识产权的3D 打印装备,培育核心器件配套体系,拓宽成形材料范围,降低3D 打印使用成本。

5.人才培养体系有待建立。据企业普遍反映,目前市场符合要求的高技能人才不多。比如,2016 年东莞3D 打印产业人才需求总量近4000 人,但市场难以有效满足。广东省急需建立适应3D 打印产业多学科交叉特点的人才培养体系。

三、我省3D打印产业发展建议

(一)明确发展定位

目前发达国家正大力实施“工业4.0”、“再工业化”战略,我国正加快推进“中国制造2025”。我省要紧抓国内外产业变革与产业转型升级的重大战略机遇,下大力气推动3D打印产业培育发展。以企业为主体,以市场为导向,不断提升增材制造研发及制造水平,瞄准“行业制高点”开展应用示范,着力打造国内领先、世界知名的3D打印产业基地,推动我省先进制造业竞争力提升和传统优势产业转型升级,培育新的经济增长点。

(二)突出重点领域

结合广东省现有产业基础和发展趋势,针对国内外3D打印重大需求特点和应用潜力领域,建议广东省3D打印率先发展汽车、生物医疗、文化创意、电子信息、工业模具、航空航天等6大领域,加强示范应用。

1.汽车产业方面。广东省汽车生产规模居全国前列,未来汽车的发展趋势是减量化、定制化、一体成型化等,这方面3D打印可以发挥较大优势。可重点突破钛合金、纯钛、高速钢及非金属材料的制备,逐步以3D打印生产汽车发动机零部件、复杂模具等结构。从模型设计,到复杂模具的制造加工,再到复杂零部件的轻量化直接成形,增材制造技术正深入到汽车领域的方方面面。

2.生物医疗方面。广东省在生物医疗领域的3D打印探索处于国内领先水平,包括深圳迈瑞、广州迈普、广东康沃森等企业具有较强竞争优势。可重点突破天然医用材料、人工合成高分子材料、生物活性陶瓷材料和医用金属材料等3D打印专用材料;大力推进体内植入医疗器械、医学模型、手术导板、手术辅助器械等3D打印产品的临床应用研究;重点研制一批具有自主知识产权的仿生组织修复支架、医疗个性化和细胞活性材料3D打印设备。联合高校、医院、企业协同建立生物医疗硬组织增材制造修复体示范中心。

3.文化创意方面。利用广东省文化创意、时尚展示和工艺美术市场发达的优势,以个性消费和定制服务为主,着力突破低成本材料与制造、智能人机交互、创意设计服务平台等关键技术,重点发展珠宝、钟表、内衣服装鞋帽等时尚领域和包装、印刷、建筑、模型、食品等优势领域专用3D打印专用材料及设备。

4.电子信息方面。广东省是电子信息产业大省,已形成以广州、深圳、东莞、惠州、河源、汕尾等市为重点的珠江东岸电子信息产业带。借力电子信息产业优势,重点发展产品结构件、射频无线、高频电路用陶瓷基板、硅光子集成器件、电路芯片等电子信息领域产品的直接打印,通过示范应用带动3D打印推广。

5.工业模具方面。随着金属3D打印技术的成熟与普及推广,尤其是金属3D打印尺寸精度的进一步提高和增、减材技术发展,3D打印在工业模具和精密机械零部件的应用越来越广,市场正逐步打开。可重点加强金属材料增、减材技术融合研发,并加强增减材技术融合的设备研发。

6.航空航天方面。广东省在航空航天领域的3D打印基础较薄弱,但考虑到这是3D打印的一个重大需求领域,广东省也应鼓励企业积极涉入,逐步形成竞争优势。可重点发展钛合金、高强钢、铝合金、镍合金等金属复合材料制备及3D打印设备,突破高性能碳纤维、聚酰亚胺、超高分子量聚乙烯等复合材料制备及3D打印设备。

(三)突破关键技术

建立3D打印创新中心,涵盖整机及零部件制造、材料加工、产品生产等各个环节,统筹各方资源,研发并产业化一批具有自主知识产权的高端设备、核心器件与成型材料,实现3D打印技术和传统制造加工工艺的优势互补,促进3D打印技术与应用领域深度融合,持续引领产业发展方向。专用材料方面,不断优化金属材料粉末大小、形状和化学性质;不断提高非金属材料耐高温、高强度等性能;装备方面,不断优化金属材料3D打印装备的效率、精度、可靠性,不断提高非金属材料3D打印装备的高工况温度和工艺稳定性,不断提升个人桌面机的易用性、可靠性。软件方面,重点研制与3D打印配套的嵌入式软件系统,提升装备软、硬件协同能力。

(四)推动高端集聚发展

发挥龙头骨干企业示范带动作用,培育形成一批产值超亿元的大企业,突出龙头企业引领带动,提升我省产业竞争力。发挥省市各自优势,面向国内外3D打印龙头骨干企业开展精准招商,引进重点项目和先进技术,尽快做大产业规模,带动产业向高端化发展。依3D打印产业基地,推进3D打印产业集聚化、规模化发展,促进产业链整合、配套分工和价值提升,打造3D打印产业发展的示范区。

(五)优化生态环境

加强产业联盟建设,按照不同应用领域发展一批企业主导、产学研用紧密结合的产业技术创新联盟,建立联合开发、优势互补、成果共享、风险共担的产学研用合作机制。搭建公共服务平台,实现信息、技术、设备和服务等资源的集聚,通过共享机制降低企业创新的成本。支持骨干企业加强产业链上下游合作,带动更多的具有核心技术和较强创新能力的创新型中小微企业成长。组织开展科技成果产业对接活动,依托技术交易平台,全面推动广东省3D打印企业与应用领域重点企业开展合作,促进3D打印应用市场培育和发展。支持省增材制造协会规范发展,强化行业和企业自律。

几点政策建议:加强统筹协调,强化政策引导,加大财税支持,建立健全科学合理的科研经费使用制度,注重知识产权保护,加强人才培养引进,加大宣传引导力度。

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