增材制造作為先進制造業的典型代表，被各國廣泛關注。我國通過建立國家增材制造創新中心、在工業強基“一條龍”應用計劃中列入增材制造等舉措，不斷發掘產業創新能力，夯實增材制造基礎。總體而言，目前我國增材制造能力有所提升，但仍存在五個亟待解決的問題：基礎研究對產業發展支撐不足，軟件和關鍵零部件受制于人，上下游企業缺乏有效互動渠道，應用范圍和用戶數量有待擴展，資金和人才等支撐體系亟待完善。

一、增材制造發展存在的五個問題

基礎研究對產業發展支撐不足。我國對增材制造技術的研究起步較早，從1988年開始研究激光成形技術、SLS設備等。但隨著產業的快速發展，基礎理論研究滯后于技術發展需求的矛盾日益突出。

一是材料組織形貌表征及控制的研究工作不完善。對增材制造過程中材料微觀組織的觀察缺失，導致微觀結構難以控制，加工性能不可控，進而影響成品質量。

二是模擬能力不足。增材制造是一個復雜過程，在對晶體等微觀組織的仿真分析方面仍面臨較大挑戰。

三是工藝原始創新缺乏。目前我國的增材制造創新集中在部分工藝改進和具體應用領域，實質性、原始性的工藝創新較少。

軟件和關鍵零部件受制于人。從軟件看，3D建模軟件、掃描軟件等領域基本被國外公司壟斷，比如，美國PTC公司的Pro/E軟件、德國A&D公司的UG軟件，以及3D模型掃描領域的加拿大Creaform公司和美國3D Digital公司等，由于先發優勢形成市場壟斷，我國企業只能通過為這些軟件平臺開發插件以求生存。

從關鍵核心部件看，激光器、掃描振鏡、噴頭、精密光學器件等關鍵零部件嚴重依賴進口。激光器約占增材制造設備平均成本的19%，市場份額大部分被SPI、IPG、AOC和DPSS等國外企業占據，掃描振鏡約占增材制造設備平均成本的6%，市場份額主要被德國Scanlab公司占據。此外，目前國外已在多激光多振鏡領域攻克技術性難題，我國的差距進一步被拉大。

產業上下游未形成良性互動。我國增材設備制造企業數量多，但設備開發商與上游原材料供應商、下游應用商并未形成良性互動。

一方面，由于設備開發商與原材料供應商缺乏聯合，打印材料種類單一，應用商只能使用設備開發商提供的材料進行打印。

另一方面，數據建模、創意造型等軟件應用服務未得到足夠重視，服務商難以與設備商形成良性互動。

在美國，設備商、軟件制造商和原材料供應商之間合作密切。比如，增材制造和精密加工兩大龍頭企業3D Systems和GF Machining Solutions聯合開發了可擴展的制造平臺DMP Factory 500，可通過簡化工作流轉換金屬制造，提升聯合創新能力。

應用范圍和用戶數量有待擴展。隨著增材制造的普及，應用相關技術的領域不斷增加，但實際應用產品種類較少。

增材制造成本較高，且受到打印尺寸、材料種類等方面的限制，大多應用在高附加值產品或模型件上，比如，航空航天領域的復雜構件、醫用植入物、鑄造蠟模等，應用范圍并不廣泛。

此外，企業應用多、個人應用少。IDC研究顯示，我國工業級3D設備占到整體市場銷售額的近70%，桌面級3D設備貢獻了超過90%的出貨量。

資金、人才等支撐體系亟待完善。從資金維度看，由于研發投入比例非常高，大部分增材制造企業處境尷尬：毛利率高，凈利潤低甚至為負，生存基本依賴政府補貼。

以行業龍頭企業鉑力特為例，2018年公司凈利潤為5799.39萬元，但計入當期損益的政府補貼高達2455.64萬元，同時還享受其他補助和稅收優惠，政府補貼補助和稅收優惠占凈利潤的比重過半。

從人才維度看，國內增材制造專業人才缺失。我國擁有增材制造相關專業的院校有70余所，但據國家制造業信息化培訓中心預測，未來增材制造人才需求缺口達800萬人。此外，國外增材制造人才大多屬于既懂專業技術又懂軟件編程的復合型人才，我國這類人才則非常缺乏。

二、對策建議

重視基礎創新能力。強化增材制造的基礎理論研究，圍繞金屬材料、非金屬材料和高分子材料在增材制造過程中的微觀組織、力學性能變化，研究優化工藝流程，提升增材制造產品的綜合性能。依托國家增材制造創新中心，完善計量體系，開發增材制造計量測試平臺，更加精準地監控制造流程。支持跨領域合作，鼓勵增材制造專業與計算機、材料、數學、光學等基礎學科，以及航天航空、機械、生物等應用學科加強合作，強化科學技術與創新的“雙向互動”，密切基礎與應用生產對接，圍繞國防、民生領域的重大項目和重大工程，定向匹配基礎研究任務。

提升正向設計能力。從航天航空、汽車、生物醫療等領域用戶的需求出發，自上而下分解增材制造產品、工藝、材料、軟件的解決方案，實現覆蓋產品系統全生命周期的設計制造一體化，提升增材制造的正向設計能力。加快建模軟件、掃描軟件、控制軟件的核心引擎研發，推動行業和領域專用設計及仿真軟件應用。支持匯集技術規范、操作規范、國家標準、經驗公式、模型算法等軟件核心內容，以及解決工具的行業知識庫、模型庫和算法庫建設。鼓勵國內激光器、掃描振鏡企業加強與美國、加拿大等國知名企業、科研機構合作，針對技術鏈條中的薄弱環節加強技術研發，解決實際問題。

建立有效對接渠道。加強原材料供給，形成與裝備和工藝軟件相適應的原材料體系，向高性能、產品種類多元化、工藝成熟化和低成本化發展。加強增材制造技術與傳統制造業的融合，鼓勵傳統制造業企業應用增材制造技術，為傳統工藝提供輕量化、多件融合、分布式生產、按需生產、個性化等服務，降低制造成本、優化開發、改善生產流程和質量。建設跨行業、跨領域的工業互聯網平臺，支持由大型企業跨界介入、各領域制造業企業共同參與，進而把增材制造應用到各行各業。推廣在線設計平臺和在線工廠等新業態、新模式，打造增材制造領域APP和用戶雙向迭代的雙邊市場，支持增材制造廠商建設全球伙伴關系。

推廣技術示范應用。在西安、杭州等增材制造產業較為發達的城市開展示范應用。以直接制造為主要戰略取向，兼顧原型設計和模具開發應用，拓寬增材制造在工業產品研發設計中的應用范圍，推動其在傳統制造業、高端裝備制造、醫療、文化創意、創新教育等領域的規模化應用。利用增材制造云平臺等新模式，打通線上線下在社會、企業、家庭中的應用路徑。實施增材制造設計與工藝、服務的完整解決方案，面向結構拓撲優化、設計與模型處理、設計評估與參數優化、工藝模擬與工業優化、增材制造設備與質量檢測等全流程，尋求實現性能、經濟性和工藝可實現性之間的平衡。

完善產業發展支撐體系。促進增材制造扶持資金精準化。加強對技術研發的補貼，采取事前資助、事后補助并舉的方式，支持工藝、材料的基礎研究、應用研究等，完善資金管理和監督制度。推動增材制造人才專業化。將增材制造技術納入學科建設體系，開展以學科專業集群為基本單元知識和能力體系的教育，基于真實項目實訓、面向交叉學科集群開展人才培育，推動增材制造人才培養模式變革。加強完善增材制造標準體系。在材料工藝研發與驗證流程、零件修理工藝研發流程、零件修理工藝驗證流程等領域開展標準制定，規范增材制造流程。加強與ASTM、ISO、美國SAE、德國DIN、VDI等標準化協會和組織的合作，力爭融入國際增材制造標準體系。
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