3D打印，即增材制造，是融合计算机辅助设计、材料加工与成形技术的一种颠覆性先进制造技术。相较于传统减材制造，增材制造具有设计灵活、制造快速、定制化和个性化等优点，广泛应用于装备制造、航空航天、医疗、汽车、消费电子等领域，具有广阔的发展前景。陕西在增材制造领域处于国内领先地位，具有显著的技术优势和产业发展潜力。2024年上半年，全省增材制造业产值增长38%，显示出强劲的发展势头。近日，本刊记者就相关话题专访了陕西省智能再制造创新中心负责人、西安智能再制造研究院执行院长王昕。
3D打印是一项什么样的技术
王昕：3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术的一种革命性制造技术。这种技术以三维数字模型为基础，通过软件与数控系统将专用的金属、非金属材料以及医用生物材料，通过挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积添加材料的方式，制造出实体物品。
中国—亚欧博览会上展示的3D打印技术
相对于传统的减材制造，如切削、磨削等，它是一种材料逐层累加的制造方法，因此被称为“增材制造”。增材制造技术有八个关键特点：一是逐层构建，根据数字模型通过逐层堆叠材料构建物体；二是数字化驱动，制造过程由计算机三维数字模型控制；三是设计灵活，能制造出传统制造方法难以或无法制造的复杂几何形状，为设计提供了极高的灵活性；四是材料利用效率高，最大限度减少了材料浪费；五是定制化和个性化，非常适合定制化和小批量生产，能够快速响应设计更改；六是材料选择多样，可使用塑料、树脂、金属、陶瓷及其复合材料等；七是快速原型制造，有助于加速产品开发和测试过程；八是环境友好，有助于减少废料和污染物排放。
实践中，我们经常听到再制造、增材再制造等概念，这与增材制造高度关联。再制造是指以实现废旧产品性能提升为目标，以优化、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，进行修复、改造的一系列技术措施、工程生产活动。再制造是产业链的延伸，是先进制造和绿色制造的重要形式。再制造的优点是“5678”，即成本降50%、节能60%、节材70%、污染物排放降低80%，经济效益、社会效益和生态效益都很显著。增材再制造，则是指利用增材制造技术对废旧机电产品进行再制造的过程，它通过在退役的零部件上增材加工，恢复或提升其性能，延长产品的使用寿命，最大限度地挖掘废旧零件的附加价值，是资源再生的高级形式，对于发展循环经济、建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义 。
增材制造技术和产业发展的状况
王昕：增材制造是当前国际先进制造的前沿技术，也是智能制造体系的重要组成部分。近年来，世界各科技强国都将增材制造技术作为未来产业发展新的增长点加以培育和支持，欧美等发达国家纷纷制定了发展增材制造技术的国家战略，美国“America Makes”、欧盟“Horizon 2020”、德国“工业 4.0”等战略计划均将其列入提升国家竞争力、应对未来挑战优先发展的先进制造技术。我国也将增材制造列入国家制造战略，在“十三五”“十四五”期间予以重点支持和发展。
从产业发展来说，增材制造作为一种革命性的生产技术，广泛应用于各个工业领域。以航空航天为例，增材制造技术的应用场景十分丰富，利用增材制造技术加工的金属部件已批量应用于各型飞机、无人机、航空发动机、新型卫星等领域。
王昕讲解3D打印技术
在医疗领域，增材制造技术覆盖了手术和诊断辅助、植入体和假肢制造、药物研发、生物组织模型制作等多个场景。特别是在手术和诊断方面，增材制造技术提供了立体直观、可触摸的信息，促进了医、工、患之间的交流，缩短了手术时间，降低了成本费用，提高了诊疗水平。齿科领域是增材制造技术较为成熟的应用领域之一，特别是在制备复杂且高度定制化的高价值小型产品如金属牙冠、口腔支架等的制作方面。
在消费电子领域，增材制造在轻量化、一体化设计中展现出独特优势。比如，近年流行的折叠屏手机，它的铰链、中框结构采用钛合金材料，传统加工条件下，其加工良品率约为 30%-40%，远低于主流的铝合金材料中框的 80%左右，加工时间约为铝合金的 3-4 倍。而 3D 打印技术的引入能显著提升钛合金中框良品率，降低加工时间，大规模生产也更具成本效益。未来，3D 打印技术在消费电子行业将不断扩大其市场规模和影响力。
从市场规模和区域布局看，据《Wohlers Report 2023》报道，2022 年全球增材制造产业规模达 180 亿美元，增长率为 18.3%，已连续25年保持两位数增速。得益于下游航空航天、汽车和医疗等产业的旺盛需求，我国增材制造产业规模从 2012 年的 10 亿元左右增长到 2023 年的 400 亿元，年均复合增长率超过 30%；预计 2024-2027 年，我国增材制造产业规模有望达1000 亿元左右。
陕西在增材制造领域的优势
王昕：陕西是我国重要的增材制造和再制造技术策源地、产业集聚区，具有显著的技术优势和产业发展潜力，在这个领域处于国内领先位置。目前我们已经形成以西安交大、西工大、西北有色院及院士团队为引领，以国家增材制造研究院、铂力特、天元智造等创新主体为支撑，集工业软件、材料、设备和应用服务为一体，以形成产业链全套关键核心技术、材料与装备为抓手，以重点园区为承载，产学研用紧密结合的产业生态。
具体讲，一是顶层设计明晰。陕西正在实施的《培育千亿级增材制造产业创新集群行动计划》，旨在构建集支撑软件、材料、装备、核心部件研制与生产、应用与示范、服务型制造等为一体的产业融合发展模式，打造国内领先、国际一流的千亿级增材制造产业创新集群。
二是科研实力强劲。陕西拥有西安交大、西工大、西北有色院等著名高校和科研机构，在技术、材料、设备等方面取得一大批丰硕科技成果，为增材制造产业发展提供了坚实支撑。
三是产业体系完备。陕西聚集了一批优秀的增材制造企业，如铂力特、康拓医疗、铜川天策等，形成从材料、装备到教育、文旅的“多主链”企业体系。
四是产业园区完善。陕西以国、省开发区和市、县工业园、产业聚集区为主平台，支持西咸新区创建增材制造产学研协同示范区，依托西安高新区、渭南高新区集中建设产业集群，形成西安研发设计、西咸新区中试熟化、渭南培育孵化的空间布局。
五是创新平台丰富。陕西拥有国家增材制造创新中心、国家级企业技术中心、金属增材制造国家地方联合工程研究中心、陕西省智能再制造创新中心等一批创新平台，为增材制造产业的技术创新和产业应用提供了有力支撑。
六是产业增速较快。2024年上半年，陕西增材制造产值增长38%，显示出强劲的发展势头，目前正朝着打造千亿级产业集群的目标迈进。
陕西对增材制造的扶持
王昕： 近年来，陕西先后出台《陕西省增材制造产业发展规划（2016-2020）》《陕西省智能工程实施方案》等一系列扶持政策，促进增材制造这一战略性新兴产业快速成长。
一是实施产业创新集群行动计划。构建“一体五翼多点”的产业发展格局，推动增材技术创新和产业化应用。“一体”指西安增材制造与再制造技术产业创新主体和主引擎，在西安高新区建设全球增材产业创新中心，在西安经开区建设国家再制造产业创新中心以及工程研发、国际交流、知识产权、中试试验、检验检测及产业孵化、创新创业等中心；“五翼”指增材制造与再制造示范应用和产业创新基地，依托宝鸡、渭南、汉中重工业产业，以及延安、榆林传统能源和化工产业基础，因地制宜规划布局，引进、培育、孵化创新型企业，构建差异化产业园区发展生态；“多点”指增材制造与再制造技术应用示范点，依托行业链主企业建立工程化创新联合体，开展行业应用技术研究、试验和验证，开发标准化行业通用或专用产品与集成化服务方案，构建特色化行业应用生态。
二是促进产业链协同发展。实施创新能力提升、供给质量提升、核心软硬件提升、应用示范融合、产业及支撑体系建设、专业园区建设“六大工程”，推进相关产业和技术深度融合发展。
三是加强金融支持。省市区联动设立增材制造产业发展基金，支持技术成果转化和产业化项目。同时，鼓励金融机构提供多样化的金融服务，持续加大对增材制造产业发展的支持力度。统筹省市产业发展、科技等专项资金，引导金融资本、风险资本、民间资本设立增材制造成果转化引导专项子基金，对初创企业、骨干企业、核心配套企业给予不同层次的支持。
四是强化要素保障。加大土地供给力度，合理布局基础设施，确保项目用电、天然气等生产要素供给，并支持符合条件的企业参与电力市场化交易。
五是培养引进优秀人才。建立识才、引才、用才、留才、育才等机制，重点引进和培育具有国际视野和先进经营管理理念的复合型科技企业家人才。
六是组建产业技术创新联盟。统筹协调全省增材制造技术和产业相关资源，提升研究、开发、制造、服务水平。主要包括国家增材制造创新中心（西安增材制造国家研究院）、西安交大机械制造系统工程国家重点实验室、西北工业大学凝固技术国家重点实验室、西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室、陕西省智能再制造创新中心以及铂力特、赛隆金属、铜川天策、非凡士等企业组建的增材制造创新联合体等。这不仅加强了陕西省在增材制造领域的科研能力，还推动了相关技术的产业化应用，为陕西增材制造产业的高质量发展提供了坚实的基础。
七是成立国家增材制造创新研究中心。以国家战略性目标和制造业创新发展为导向，集聚重大项目和高端人才，集中突破行业技术瓶颈。
八是加快推进产学研一体化。以国、省开发区和市县工业园、产业聚集区为主平台，在西咸新区创建增材制造产学研协同示范区，依托西安高新区、渭南高新区建设增材制造产业集群，形成西安研发设计、西咸新区中试熟化、渭南培育孵化的空间布局。
当前，在省委省政府高度重视、大力推动下，陕西正在形成集支撑软件、材料、装备、核心部件研制与生产、应用与示范、服务型制造等为一体的增材制造融合发展体系，加快推动这一战略性新兴产业向千亿级产业集群目标迈进。
