解读科技部“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划对3D打印有哪些支持？
为贯彻落实《国家创新驱动发展战略纲要》《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》《“十三五”国家科技创新规划》和《中国制造2025》，明确“十三五”先进制造技术领域科技创新的总体思路、发展目标、重点任务和实施保障，推动先进制造技术领域创新能力提升，科技部组织制定了《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》。
科技部之前在2016年还发布了“新能源汽车”等14个重点专项2017年度项目申报指南。为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施“增材制造与激光制造”重点专项并发布了2017年度项目申报指南。
本期，3D科学谷与谷友重点解读科技部“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划的通知对3D打印有哪些支持？
1．智能正成为制造业的关键要素
越来越多的制造企业通过应用嵌入式软件、微电子、互联网、物联网等信息技术，提升产品智能化程度和研发设计、生产制造、经营管理的智能化水平，打造高端产品和装备，占据产业制高点。同时，制造装备控制技术的极大提高，使制造装备的自诊断、自维护、自恢复成为现实，并将推动制造装备向智能化阶段迈进。
2．服务促进产业模式变革，重塑制造业价值链
在同质化竞争和供大于求的全球市场环境下，制造业产业价值链的高端向研发和产品运营维护等服务生命周期转移，更多的制造企业成为提供产品、服务、支持、自我服务和知识的综合体。服务与制造相互渗透融合，从生产型制造走向服务型制造是大势所趋，产业模式向“定制化的规模生产”和“服务型生产”转变特征明显。
3．可持续发展成为制造业与自然、社会协调的重要主题
绿色发展理念逐步成为共识，激励制造企业开始重视绿色技术在产品研发设计、生产制造、销售服务和回收利用等产品全生命周期中的应用，创新高效、节能、环保和可循环的新型制造工艺和装备，不断降低资源消耗和环境影响，实现企业经济效益和社会效益的协调优化，符合经济社会可持续发展的低碳环保和循环利用要求。
4．制造大数据和平台成为高附加值增值服务的重要支撑
工业大数据是制造企业高附加值增值服务的来源，制造企业全业务数据化在对制造系统数据采集和分析形成业务数据闭环的基础上，将有效支撑企业制造过程优化和经营管理决策，促进企业对市场、用户的精准供给和企业间的资源分享利用，从而打造智慧企业，并为消费者、用户以及企业自身创造显著的增量价值。
（一）增材制造
重点解决增材制造领域微观成形机理、工艺过程控制、缺陷特征分析等科学问题，突破一批重点成形工艺及装备产品，在航空航天、汽车能源、家电、生物医疗等领域开展应用，引领增材制造产业发展。形成创新设计、材料及制备、工艺及装备、核心零部件、计量、软件、标准等相对完善的技术创新与研发体系，结合重大需求开展应用示范，具备开展大规模产业化应用的技术基础。
1．增材制造控形控性的科学基础
探索增材制造自由成形过程的成形几何精度、成形效率、材料组织结构与性能的形成规律与关键影响因素和控制方法，为提升增材制造工艺技术和装备设计水平提供坚实的科学支撑，并为形成重大原创性增材制造新技术提供科学指引。
2．基于增材制造的结构优化设计技术
发展基于增材制造工艺特性，融合力学、物理与化学多种功能的结构优化设计技术，为结构整体化、轻量化、高性能化和满足声、光、电、磁、热等多功能化提供设计方法和设计软件，支撑我国高端装备的自主创新设计和跨越式技术发展。
3．增材制造专用材料制备技术
基于增材制造的工艺特性和应用需求，开展增材制造专用金属和非金属材料的设计与制备技术研究，最大限度地发挥增材制造技术优势，大幅度拓展增材制造的产业化应用领域。
4．增材制造的核心装备设计与制造技术
针对激光/电子束选区熔化、激光选区烧结、高能束金属沉积成形、光固化、激光沉积打印、微滴喷射3D打印、熔融沉积造型等已经展示重大产业化应用价值的增材制造技术，开展相关装备设计与制造技术的深入研究，占据增材制造产业价值链的高端。
5．评价体系与标准建设
研究制定增材制造的材料标准、设计标准、工艺标准、装备标准、检测标准、数据标准和服务标准等7个方面的标准体系，为增材制造的广泛产业化应用奠定基础，并显著增强我国增材制造技术的国际竞争力。
（二）激光制造
面向航空航天、高端装备、电子制造、新能源、新材料、医疗仪器等战略新兴产业的迫切需求，实现高端产业激光制造装备的自主开发，形成激光制造的完整产业体系，促进我国激光制造技术与产业升级，大幅提升我国高端激光制造技术与装备的国际竞争力。
1．激光与材料的相互作用机理
面向航空航天、新能源、电子制造、医疗等领域的国家重大需求，探索激光与材料相互作用的复杂物化过程，研究超快激光制造的新原理、新方法、新应用。开展大功率激光/短波长激光与材料相互作用机理、高精高效制造方法等方面的研究，掌握激光高品质表面制造、精细制造、极端微结构、高精高效制造等制造机制与实现方法。
2．激光器与核心功能部件
研究激光器动力学，掌握激光晶体/光学晶体、半导体激光芯片等激光器关键功能部件的国产化。针对高端制造用激光器的迫切需求，开展工业化光纤/半导体大功率激光器制造技术、工业化超快（飞秒、皮秒）激光器制造技术、工业化短（紫外、深紫外）波长激光器制造技术等方面的研究，开展激光器标准建设，实现高性能激光器及核心关键部件的国产化与产业化。
3．复杂构件表面的激光精细制造技术与装备
研究激光表面精细制造、激光清洗、激光抛光等核心技术，探索器件表面功能性结构的激光高质、高效制造机理与新技术，研究关键构件表面微结构成形机理与实现方法，并掌握激光光束路径规划及高速扫描、激光制造装备在线监测与补偿、激光制造过程精密在线检测等装备关键技术，开发航空航天、微电子、生物医疗等领域典型复杂构件的激光精密加工技术与装备，提升国产激光制造技术与装备的竞争力。
4．大功率激光高效制造技术与装备
研究特殊工况下的激光制造机理与失效行为，突破大型构件激光制造装备的设计制造技术瓶颈，攻克大型构件定位、质量在线检测等关键技术，研究激光切割、激光打孔、激光冲击强化、激光焊接以及激光复合制造等关键技术，开发面向飞机、船舶、高铁等大型构件制造中的高端激光制造技术、装备与标准。
5．先进激光精密微细制造技术与装备
针对航空航天、微电子、新型微小航空器件、光子集成器件等领域，突破激光衍射极限的纳米尺度制造、复杂微纳操纵及激光纳米连接、激光光束整形与协同控制等关键技术，开发硬脆材料高效精密制造、异种材料的激光高性能连接制造、极端微纳结构精细制造等技术与装备，并设计和加工若干具有重大应用前景的新型功能器件。
在增材制造的发展目标中，大规模产业化应用是被提及次数最多的关键词。这与3D打印以往给人以打印一些原型的印象大不相同。另外，以前提到智能制造，基本上会以提到机器人和高端机床为主，增材制造为辅，而此次将增材制造放在了重点任务的第一位，3D科学谷认为这更加体现了科技部对增材制造的高度重视。
那么产业化的机会在哪里？请参考3D科学谷发布的系列白皮书。
3D科学谷汽车、航空航天、医疗系列白皮书。
<http://www.51shape.com/?page_id=2563>
如何判断是否具有产业化机遇潜力? 3D科学谷认为首先要尊重增材制造的技术特点，其次要围绕着应用端出发。为了避免大量的弯路，这两点是关键。
技术特点：复杂性是免费的
传统的减材制造是从一块毛坯料开始的，减材制造对设计带来的局限要求通过几十年严格的规则和指导已经占据了设计师的大脑。增材制造思维只能通过快节奏的方法迅速刷新设计师的思路，通过快速训练和重新审视他们的设计来切换到为增材制造而设计的轨道上。重要的是设计师需要认识到，虽然增材制造的“复杂性是免费的”，仍然有很多限制因素需要考虑，这就需要增材制造的指导方针，包括对成本、时间和质量的考虑。
从应用出发
这就意味着你需要做一个传统加工方式与增材制造加工方式的比较，举一个例子，拿意大利Aidro Hydraulic来说，他们曾经服务过一家企业客户，客户当时的要求制造出少量堆叠式的减压阀。该阀体的传统标准品由镀锌钢铁制成，在需求数量少的情况下使用传统加工方式的成本相对昂贵，并且交期较长。
Aidro Hydraulic针对这个减压阀，对减材制造技术和增材制造技术各自的优势分析如下：
从这个对比图中我们可以看到，Aidro Hydraulic 推出金属3D打印液压产品的原因不仅是为了应对客户的小批量生产需求。当使用金属3D打印技术时，Aidro Hydraulic的设计师在进行产品设计时也获得了更大的空间，这有助于提升液压系统的性能。Aidro Hydraulic 针对增材制造技术对减压阀进行了重新设计，设计的结果是阀体的重量减少60%，阀体的结构壁与原始阀体相比拥有相当的力学性能。此外，Aidro Hydraulic用250bar的压力对金属3D打印的阀体进行了测试，测试结果达到传统阀体的水平。
由上面的案例我们可以体会到，增材制造的好处可以从两个方向来理解-一个是生产效益，另一个是综合效益。生产效益专注于制造过程，包括减少材料消耗，缩短交货时间，最小的模具成本，降低装配成本和自动化的影响。而综合效益是指在使用通过增材制造出来的产品的过程中，来自如减轻重量带来的燃油效益，更高的性能和可靠性，更长的寿命收益，更快的新产品推出，市场相应速度，减少库存以及更好的适应性和更具吸引力的产品附加值等等。
而通常在谈到增材制造的时候，不论是制造业还是增材制造行业本身都容易过于关注生产效益，而忽略了综合效益。而增材制造的价值台阶：原型与模具，备品备件，复杂零件，创新产品，在不同的台阶中生产效益的价值或许相似，然而综合效益的价值却是随着台阶的升高而越来越大。
不管是传统行业引进增材制造技术，还是增材制造行业要延伸本身的技术和服务水平，都可以按照3D科学谷的增材制造价值台阶结合自身的资源和优势先进行战略上的布局。
在这个过程中，深刻理解3D打印所能创造的价值是最重要的：
此外，我们还可以借鉴国外的做法。拿德国帕德伯恩大学直接制造研究中心(DMRC)来说，DMRC的作用就象科技孵化器，他们把来自增材制造产业链的资源包括打印材料、打印机、软件对接起来，结合自身以及其他几家高校联盟的科研能力为市场的需求提供打包式的解决方案。
在如何确定是否引入3D打印技术以及如何发挥3D打印技术的潜力方面，DMRC提供三方面的指导，包括通过市场细分来寻找潜力应用，确定产品，以及商业模式规划。
Step 1. 在进入3D打印领域的时候，需要避免盲目进入，必须要做的功课是了解自身的优势，包括客户、渠道、技术能力等，通过市场细分来确定潜力应用。有些3D打印的应用看起来是非常具有吸引力的，但是企业必须要了解想抓住这些具有吸引力的应用需要具备什么样的自身条件，需要做哪些准备，这些准备需要花费多少时间和金钱，你是否承担得起这些准备。最终，企业需要“砍”掉很多并不适合自己的领域。在这里，3D科学谷认为盲目“抢风口”的心态不可取。
Step 2. 不管是决定通过3D打印技术来进行产品生产还是提供服务，最主要的任务都不是找到哪些富有创意的产品想法，而是找到最适合的。新的产品要诞生需要与企业的主营业务是契合的，并且为了新产品的诞生，企业需要确立相关的技术和市场准备，包括寻找合适的合作伙伴。在这里，3D科学谷特别提示：符合企业未来发展规划的产品最值得追求并付出努力。例如空客的仿生力学结构舱，该结构舱符合空客为飞机减重的目标，3D打印的仿生结构带来材料使用率和力学性能的良好结合，这与空客未来规划是相辅相成的。
Step 3. 绝不是像“生个二胎”这么简单！！！3D打印对当前的价值链，制造复杂性甚至是企业的竞争力都会带来一定程度的改变。3D打印对生产，供应链管理，工程和生产计划与控制都会产生影响，企业需要决定如何改变组织架构以应对这一影响。
此外，科技部科技部“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划的通知所示重点任务的第十二项与3D打印息息相关。3D科学谷认为这是西方国家在增材制造领域与当前我国拉开差距的一大领域，包括西门子、达索、欧特克等软件公司都在这一领域，配合3D打印的特点推出了解决方案及平台。以下为科技部“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划的通知原文部分：
（十一）网络协同制造
以推进互联网与制造业、服务与制造融合发展为主线，以重塑制造业技术体系、生产模式、产业形态和价值链以及促进制造业转型升级为目标，探索一批引领发展的制造与服务新模式，突破一批网络协同制造理论、关键技术与标准，研发一批“互联网+”协同制造工业软件，创建一批“互联网+”制造服务平台。
1．网络协同制造模式与理论
围绕推进互联网与制造业、服务业与制造业融合发展以及打造智慧企业的创新需求，探索云制造等网络协同制造新模式；研究智慧空间与工业大数据、服务型制造与制造服务融合等前沿理论；研发与构建产品全生命周期制造服务融合、多模式智能供应链、服务价值链协同、多学科支撑的工业大数据精准分析、在线运维与预测运营等核心模型与关键技术。为重塑制造业技术体系、产业形态和价值链提供理论支撑。
2．“互联网+”协同制造工业软件
围绕基于互联网的协同制造服务新模式，面向创新设计、企业经营与资源管理、产品全生命周期制造服务以及工业云、工业大数据、工业互联网等平台系统的构建，研发复杂产品全数字化优化和仿真、产品全生命周期/服务生命周期管理、资源管理与智能供应链协同、基于OT的智能服务、工业大数据分析等平台系统与软件，形成“互联网+”协同制造工业软件系统，支撑网络协同制造创新发展。
3．基于“互联网+”的创新设计
探索支撑制造业要素资源共享互联及社会力量参与互动的研发设计新模式；攻克“互联网+”环境下设计资源共享、研发设计价值链协同以及众创空间构建新技术；研发支持云制造的设计资源共享与协同创新平台、典型行业众创服务平台以及制造业产品众包设计服务平台。推进制造业从“企业创新”到“众创众包”的发展转变。
4．资源管理与智能供应链
攻克“互联网+”环境下基于工业云与工业大数据的企业经营管理及资源集成共享技术、智能供应链协同与精准服务技术；研发制造核心企业和第三方服务商主导的多模式制造企业经营管理与资源集成共享云平台、智能供应链管理集成平台与产业价值链协同云平台；构建企业制造资源协同空间。推动从“企业运行”向价值链“协同运营”转变。
5．产品全生命周期制造服务
攻克制造服务价值链重构、产品服务生命周期管理、在线运维与预测运营等关键技术；研发产品服务生命周期集成管理平台、制造服务价值链协同云服务平台以及高端装备智能预测与精准服务云平台；打造制造与服务融合的服务价值链协同新体系。支撑制造业向“制造+服务”转型升级。
6．工业大数据驱动的网络协同制造平台
攻克产品数据链、资源数据链、供应数据链、制造数据链、服务数据链及其无缝集成、工业大数据驱动的企业智能决策与预测预警等关键技术；研发基于工业大数据的企业业务管控与决策分析、企业智慧数据空间构建等技术系统；打造云制造服务平台、工业大数据驱动的网络协同制造平台等；构建企业智慧数据空间，开展平台典型应用。
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文章中灰色字体区域引用自科技部“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划的通知原文
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