基于標準化視角?多維度探索增材制造業發展瓶頸的對策

吳衛明

摘要：近幾年，增材制造技術已成為先進制造業的研究熱點，隨著航空航天、汽車電子、生物醫療、建筑建材等行業對增材制造技術的需求持續增加，其產業鏈日益龐大、不斷擴展應用范圍，幾乎覆蓋了整個制造業。在我國，增材制造技術起步較晚，尤其在材料裝備方面與先進國家相比存在較大差距，從事3D打印的研發組織參差不齊且各自為政、難以規?；?，很大程度上制約了產業發展，產業的綜合實力遠遠不及歐盟、美國、日本等國家和地區，增材制造領域的標準化工作更是困難重重。本文通過關注、分析自2016年至今國內外發布的增材制造標準，結合增材制造技術特點以及產業動態信息進行綜合研判，基于標準化的視角，多維度探索增材制造業發展瓶頸的對策。

關鍵詞：增材制造 瓶頸對策

Exploring Countermeasures for Bottlenecks in the Development of Additive Manufacturing from a Standardized Perspective of Multiple Dimensions

Wu Weiming （Beijing Standardization Research Institute）

Abstract：? In recent years， additive manufacturing technology has become a research hotspot in advanced manufacturing industries， and the demand in aerospace， automotive electronics， biomedical， construction and building materials industries continues to increase， and its industry chain is very large， expanding the scope of applications， covering almost the entire manufacturing industry. In China， additive manufacturing technology started late， especially in terms of material equipment， there is a big gap compared with advanced countries. The research and development organizations engaged in 3D printing are scattered and each is doing its own thing， which has greatly restricted the development of the industry. The comprehensive strength of the industry is far from that of Europe， America and Japan. The standardization work in the field of additive manufacturing is even more difficult. Since 2016， based on the analysis of domestic and foreign additive manufacturing standards， combined with the characteristics of additive manufacturing technology and industrial dynamic information， a comprehensive judgment is made from the perspective of standardization， and multi-dimensional exploration of the countermeasures of the development bottlenecks of the additive manufacturing industry is conducted.

Key words：? additive manufacturing， bottleneck countermeasures

0 引言

近幾年，增材制造技術已成為先進制造業的研究熱點，隨著航空航天、汽車電子、生物醫療、建筑建材等行業對增材制造技術的需求持續增加，其產業鏈日益龐大、不斷擴展應用范圍，幾乎覆蓋了整個制造業。在我國，增材制造技術起步較晚，尤其在材料裝備方面與先進國家相比存在較大差距，從事3D打印的研發組織參差不齊且各自為政，很大程度上制約了產業發展，產業的綜合實力遠遠不及歐盟、美國、日本等國家和地區，增材制造領域的標準化工作更是困難重重。自2016年至今，通過關注、分析2022年12月國內發布的162項和美國、德國、日本、ISO發布的173項增材制造標準，以此為基礎，再結合增材制造技術特點以及產業動態信息進行綜合研判，得出以下幾點分析：其一是強化頂層設計與管理層面的引導與扶持；其二是以現有的有效基礎和方法標準為抓手，在原材料特性、過程工藝控制、驗收交付等專業技術層面推動深入研究；其三是基于標準化管理的視角分析，應充分發揮增材制造類團體標準的效能；其四是突破跨學科、跨領域研發聯動，深入融合，合作共享。由此我國形成以點帶線、以線帶面的產業發展的良好格局。增材制造標準化是實現產業良性發展的有效手段和方法，增材制造標準化是一個系統工程，是一個過程，是一個制定、實施和不斷發展、不斷完善、相互協調、持續改進、追求卓越的過程，應加倍重視增材制造產業和增材制造標準化發展，推動我國由制造業大國向制造業強國的轉變。

1 增材制造產業簡介

增材制造又稱“3D打印”，融合了計算機輔助設計（CAD）、材料加工與成型技術，以計算機三維數字模型或數字模型的文件為基礎，通過軟件與數控系統將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫用生物材料等，按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術。增材制造技術具有柔性高、無模具、周期短、不受零件結構和材料限制等一系列優點，廣泛應用在航天航空、交通、信息電子、醫療、軍工等各領域。

2 國內外增材制造標準及相關分析

2.1 增材制造的國際標準

以檢索美國（AMS，ASTM，SAE）、德國（DIN，VDI）、日本（JIS）、ISO的增材制造類標準為主，截至2022年12月國際上共發布了173項標準，其中美國發布了51項，德國發布了42項，日本發布了7項，ISO發布了73項（含ISO/ASTM發布的56項）。通過分析這些標準，不難看出：

（1）發布數量上美國遙遙領先，德國位居第二；

（2）基礎科學上有術語、分類、指南、結構、慣例等，約占總量的一成；

（3）關鍵技術、應用方法上皆有覆蓋，約占總量的七成；

（4）公開程度上，皆可獲得。

2.2 增材制造的國內標準

我國于2016年4月成立了全國增材制造標準化技術委員會（TC562），對口的國際標準化組織是ISO TC 216，在國家層面上開展增材制造標準化工作，截至2022年12月共發布26項國家標準。

基于全國標準信息公共服務平臺數據，檢索增材制造類的國家標準、行業標準和團體標準，截至2022年12月國內共發布162項標準，其中國家標準26項，行業標準30項，地方標準10項，團體標準96項。經過分析得出：

（1）在發布數量上，國內增材制造的標準發展勢頭較好，在2020年度發布73項標準的基礎上增加了89項，總量略少于國際標準總量。

（2）在基礎科學、關鍵技術上，尤其是結構、工藝、規范規程、檢驗交付等方面發布的標準較少或空缺。

（3）在關鍵技術上，涉及塑料粉末、TC4鈦合金材料、聚乳酸耗材、快速成形機床（熔融沉積、激光選區、熔融擠壓、激光燒結）方面，發布的標準尚缺少鋪粉熔覆工藝、鎳合金粉末、金屬注射成型、激光熔融快速制造（除特種機床外）、生物聚合等的質量控制與管理、成型等精度檢驗、缺陷驗證、工藝要求、數據管理等方面內容。

（4）在方法上，部分領域有較出色發展，如熔融沉積快速成形的精度檢驗、安全防護技術、云服務平臺規范、零件與粉末原材料特性及測試方法等，發布的標準尚缺少設計、成品性能或能力評價、特性與測試、交付與驗收、工藝監測與評價等方面的內容。

2.3 突破增材制造業瓶頸的對策

近幾年，增材制造技術發展迅猛，在全球范圍內幾度掀起增材制造技術的熱潮和高潮，伴隨著增材制造技術的不斷發展，其產業與技術發展中面臨的標準化問題日益凸顯，嚴重制約了我國增材制造產業的發展進程。通過幾年來的密切關注與工作實踐，為落實《增材制造產業發展行動計劃（2018—2020年）》，強化標準在支撐和引領增材制造產業發展中的作用，通過匯總分析國內外發布的有關增材制造標準、信息情報，發現現階段產業發展的瓶頸，以期為推動我國增材制造產業發展提供參考。這主要基于以下幾點分析。

其一是強化頂層設計與管理層面的引導與扶持。國家和地方政府應加大資金扶持、政策導向等方面的力度，重點支持和扶持對行業有支撐和輻射作用的科研院所和龍頭企業，推動增材制造產業的健康良性發展。一方面通過標準化充分發揮第三方的檢驗檢測能力，另一方面利用檢驗檢測的結論通過新聞媒體宣傳造勢來引導和規范行業的健康有序發展。

其二是以現有的有效基礎和方法標準為抓手，推動原材料特性、過程工藝控制、驗收交付等方面的方法深入研究。眾所周知，零部件開發和制造的每一階段都有其特定目的，其性能指標決定了零部件的類型和增材制造的工藝選擇。零部件的性能取決于特定的應用，應滿足特定要求的能力，技術參數的內容是由零部件應用、檢驗測試和所使用的原材料共同決定的。所以，增材制造的過程從原材料到成品交付是一環緊扣一環的，各個環節節點皆不可或缺，否則因無法評判關鍵技術參數與指標導致最終產品的性能與質量出現偏差或缺陷，造成種種浪費與損失。由此看來，關鍵技術要求的明確、制造方法的確定、各個環節質量的評判是制約因素，是瓶頸。

其三是基于標準化管理的視角分析，應充分發揮增材制造類團體標準效能。眾所周知，2018年

1月1日起實施的《中華人民共和國標準化法》賦予了團體標準法律地位，團體標準承載著中國標準化工作改革的深厚寄托，團體標準的制定與推廣可以很大程度地解決標準缺失的問題，滿足市場與科技快速變化及多樣性需求，尤其在科技創新、推動技術進步、產業可持續發展方面意義巨大。這對于行業標準化委員會來說是個巨大挑戰，對于“增材制造”等高科技產業發展來說是機遇，應毫不遲疑地迎接挑戰、抓住機遇。

其四是突破跨學科、跨領域研發聯動，深入融合。增材制造業是一個新興產業，按國民經濟行業分類不同于傳統的八個制造行業，即金屬制品業、裝備（設備）制造業、通用設備制造業、專用設備制造業、交通運輸設備制造業、電氣機械及器材制造業、計算機通信等電子設備制造業、儀器儀表制造業，增材制造技術集成了數字化技術、制造技術、新材料技術、激光技術、無損檢測等多個學科技術，涉及了從基礎科學、工程規?；疆a業化質量保證各個層面的研究，實施跨學科、跨領域、多交叉、多融合的研發聯動是瓶頸。

3 探索可行方法

3.1 技術突破

現階段在工業制造領域中，增材制造技術通常有鋪粉金屬、液態金屬、塑料絲材及線材、樹脂及光敏樹脂和生物材料，其原材料特性（推薦25項特性、30多種檢驗檢測方法）、過程工藝控制（需借助計算機輔助在線進行，首推無損檢驗檢測方法）、驗收交付（結合結構特性、機械性能特性、缺陷及其他特性三個維度的中角度公差、密度、拉伸、彎曲、沖擊、應力以及超聲、滲透等無損檢驗15項參數、73項檢驗檢測方法）等方法的研究，此處不做贅述。

3.2 充分發揮增材制造類團體標準效能

從分析截至2022年12月國內共發布的162項增材制造標準可以看出，其中團體標準達96項，占比總量的一半以上。如何充分發揮這些團體標準的效能，是當下解決瓶頸問題行之有效的一種方法和對策。有以下四方面思考。

（1）加強團體標準的開放

現行有效的96項團體標準在全國團體標準信息平臺上已經公告實施，但文本內容少有公開，不能如國家標準那般讓公眾方便獲取、參照實施。這樣的話，一是不能充分發揮團體標準的效能，極大程度上制約了產業發展；二是公眾與社會不能及時有效監督團體標準的質量與技術含量，無形中造成浪費。

（2）加強團體標準的管理

在團體標準的管理方面，應大力宣傳和引導團體標準的發布和實施，全國增材制造標準化技術委員會應及時關注與協調，通過分析和研判將行業標準、地方標準、團體標準適時轉化為國家標準，引導、帶動和促進產業的快速發展。

（3）導入團體標準的“全生命周期”管理模式

積極建立和實施對團體標準的評價認可機制，自2015年至今，縱覽現行有效的96項團體標準，只有兩項團標進行了修訂，這個節奏遠遠不能適應增材制造技術的快速發展，建議通過對其進行科學、有效、必要、適時的分析評價，讓其充滿活力、富有朝氣的良性與健康發展。

（4）加強對增材制造類團體標準主體也就是社會團體組織的監管

加強對增材制造類團體標準主體的監管，也就是對社會團體組織的監管。其一是建立健全增材制造類國標采信團體標準的機制，加大獎勵、激勵創新；其二是加強社會各層面對增材制造類團體標準的監督，建立投訴受理機構，實施對抄襲、侵權、違規的行為及時予以受理、處置和處罰；其三是建立實施動態化示范試點管理機制，以點帶線、以線帶面，逐步擴大示范試點的成果，引領增材制造業早日突破瓶頸，增強標準化治理效能，加快構建推動高質量發展的標準體系，助力高技術創新，推動產業的高質量發展。

3.3 突破跨學科、跨領域研發聯動

增材制造技術已經成為第三次工業革命的重要標志，受到世界各國的極大關注，從現行有效的標準分析，依據國民經濟分類共涉及了C358醫療儀器設備及器械制造業、C419其他未列明制造業、C349其他通用設備制造業、C256專用化學產品制造業、 C351結構性金屬制品業、C374航空航天制造業等22個技術領域。隨著社會的進步、科學技術的發展，學科的發展從“高度分化”走向“交叉融合”，當下，跨領域協同、跨學科交叉、跨界融合、合作共享亦是增材制造產業突破瓶頸、良性發展所迫切需要的。

3.4 引導與扶持

在頂層設計層面，國家和地方政府應明確和加大資金扶持、政策導向等方面的力度，重點支持和扶持對行業有支撐和輻射作用的科研院所和龍頭企業，助力增材制造產業的健康良性發展。

在標準管理方面，大力宣傳和引導團體標準的發布和實施，提升社會關注度。增材制造技術委員會應及時關注與協調，通過分析和研判將團體標準適時轉化為國家標準，促進和帶動產業的快速發展。

在行業監管方面，一是通過標準化充分發揮第三方檢驗檢測的能力，二是利用檢驗檢測的結論通過新聞媒體宣傳造勢來引導和規范行業的健康有序發展。

4 結語

基于全國標準信息公共服務平臺數據，本文分析發現增材制造技術發展迅猛，增材制造產業政策與環境不斷優化，增材制造標準發展尚不均衡，社會關注度有待提升。展望未來，在《中國制造2025》的帶動下，中國增材制造業的發展速度和質量必將顯著提升，逐步邁向中高端，為全球經濟穩定和增長提供持續強大動力。