基于标准化视角?多维度探索增材制造业发展瓶颈的对策

吴卫明

摘要：近几年，增材制造技术已成为先进制造业的研究热点，随着航空航天、汽车电子、生物医疗、建筑建材等行业对增材制造技术的需求持续增加，其产业链日益庞大、不断扩展应用范围，几乎覆盖了整个制造业。在我国，增材制造技术起步较晚，尤其在材料装备方面与先进国家相比存在较大差距，从事3D打印的研发组织参差不齐且各自为政、难以规模化，很大程度上制约了产业发展，产业的综合实力远远不及欧盟、美国、日本等国家和地区，增材制造领域的标准化工作更是困难重重。本文通过关注、分析自2016年至今国内外发布的增材制造标准，结合增材制造技术特点以及产业动态信息进行综合研判，基于标准化的视角，多维度探索增材制造业发展瓶颈的对策。

关键词：增材制造 瓶颈对策

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，增材制造技术已成为先进制造业的研究热点，随着航空航天、汽车电子、生物医疗、建筑建材等行业对增材制造技术的需求持续增加，其产业链日益庞大、不断扩展应用范围，几乎覆盖了整个制造业。在我国，增材制造技术起步较晚，尤其在材料装备方面与先进国家相比存在较大差距，从事3D打印的研发组织参差不齐且各自为政，很大程度上制约了产业发展，产业的综合实力远远不及欧盟、美国、日本等国家和地区，增材制造领域的标准化工作更是困难重重。自2016年至今，通过关注、分析2022年12月国内发布的162项和美国、德国、日本、ISO发布的173项增材制造标准，以此为基础，再结合增材制造技术特点以及产业动态信息进行综合研判，得出以下几点分析：其一是强化顶层设计与管理层面的引导与扶持；其二是以现有的有效基础和方法标准为抓手，在原材料特性、过程工艺控制、验收交付等专业技术层面推动深入研究；其三是基于标准化管理的视角分析，应充分发挥增材制造类团体标准的效能；其四是突破跨学科、跨领域研发联动，深入融合，合作共享。由此我国形成以点带线、以线带面的产业发展的良好格局。增材制造标准化是实现产业良性发展的有效手段和方法，增材制造标准化是一个系统工程，是一个过程，是一个制定、实施和不断发展、不断完善、相互协调、持续改进、追求卓越的过程，应加倍重视增材制造产业和增材制造标准化发展，推动我国由制造业大国向制造业强国的转变。

1 增材制造产业简介

增材制造又称“3D打印”，融合了计算机辅助设计（CAD）、材料加工与成型技术，以计算机三维数字模型或数字模型的文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料等，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。增材制造技术具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料限制等一系列优点，广泛应用在航天航空、交通、信息电子、医疗、军工等各领域。

2 国内外增材制造标准及相关分析

2.1 增材制造的国际标准

以检索美国（AMS，ASTM，SAE）、德国（DIN，VDI）、日本（JIS）、ISO的增材制造类标准为主，截至2022年12月国际上共发布了173项标准，其中美国发布了51项，德国发布了42项，日本发布了7项，ISO发布了73项（含ISO/ASTM发布的56项）。通过分析这些标准，不难看出：

（1）发布数量上美国遥遥领先，德国位居第二；

（2）基础科学上有术语、分类、指南、结构、惯例等，约占总量的一成；

（3）关键技术、应用方法上皆有覆盖，约占总量的七成；

（4）公开程度上，皆可获得。

2.2 增材制造的国内标准

我国于2016年4月成立了全国增材制造标准化技术委员会（TC562），对口的国际标准化组织是ISO TC 216，在国家层面上开展增材制造标准化工作，截至2022年12月共发布26项国家标准。

基于全国标准信息公共服务平台数据，检索增材制造类的国家标准、行业标准和团体标准，截至2022年12月国内共发布162项标准，其中国家标准26项，行业标准30项，地方标准10项，团体标准96项。经过分析得出：

（1）在发布数量上，国内增材制造的标准发展势头较好，在2020年度发布73项标准的基础上增加了89项，总量略少于国际标准总量。

（2）在基础科学、关键技术上，尤其是结构、工艺、规范规程、检验交付等方面发布的标准较少或空缺。

（3）在关键技术上，涉及塑料粉末、TC4钛合金材料、聚乳酸耗材、快速成形机床（熔融沉积、激光选区、熔融挤压、激光烧结）方面，发布的标准尚缺少铺粉熔覆工艺、镍合金粉末、金属注射成型、激光熔融快速制造（除特种机床外）、生物聚合等的质量控制与管理、成型等精度检验、缺陷验证、工艺要求、数据管理等方面内容。

（4）在方法上，部分领域有较出色发展，如熔融沉积快速成形的精度检验、安全防护技术、云服务平台规范、零件与粉末原材料特性及测试方法等，发布的标准尚缺少设计、成品性能或能力评价、特性与测试、交付与验收、工艺监测与评价等方面的内容。

2.3 突破增材制造业瓶颈的对策

近几年，增材制造技术发展迅猛，在全球范围内几度掀起增材制造技术的热潮和高潮，伴随着增材制造技术的不断发展，其产业与技术发展中面临的标准化问题日益凸显，严重制约了我国增材制造产业的发展进程。通过几年来的密切关注与工作实践，为落实《增材制造产业发展行动计划（2018—2020年）》，强化标准在支撑和引领增材制造产业发展中的作用，通过汇总分析国内外发布的有关增材制造标准、信息情报，发现现阶段产业发展的瓶颈，以期为推动我国增材制造产业发展提供参考。这主要基于以下几点分析。

其一是强化顶层设计与管理层面的引导与扶持。国家和地方政府应加大资金扶持、政策導向等方面的力度，重点支持和扶持对行业有支撑和辐射作用的科研院所和龙头企业，推动增材制造产业的健康良性发展。一方面通过标准化充分发挥第三方的检验检测能力，另一方面利用检验检测的结论通过新闻媒体宣传造势来引导和规范行业的健康有序发展。

其二是以现有的有效基础和方法标准为抓手，推动原材料特性、过程工艺控制、验收交付等方面的方法深入研究。众所周知，零部件开发和制造的每一阶段都有其特定目的，其性能指标决定了零部件的类型和增材制造的工艺选择。零部件的性能取决于特定的应用，应满足特定要求的能力，技术参数的内容是由零部件应用、检验测试和所使用的原材料共同决定的。所以，增材制造的过程从原材料到成品交付是一环紧扣一环的，各个环节节点皆不可或缺，否则因无法评判关键技术参数与指标导致最终产品的性能与质量出现偏差或缺陷，造成种种浪费与损失。由此看来，关键技术要求的明确、制造方法的确定、各个环节质量的评判是制约因素，是瓶颈。

其三是基于标准化管理的视角分析，应充分发挥增材制造类团体标准效能。众所周知，2018年

1月1日起实施的《中华人民共和国标准化法》赋予了团体标准法律地位，团体标准承载着中国标准化工作改革的深厚寄托，团体标准的制定与推广可以很大程度地解决标准缺失的问题，满足市场与科技快速变化及多样性需求，尤其在科技创新、推动技术进步、产业可持续发展方面意义巨大。这对于行业标准化委员会来说是个巨大挑战，对于“增材制造”等高科技产业发展来说是机遇，应毫不迟疑地迎接挑战、抓住机遇。

其四是突破跨学科、跨领域研发联动，深入融合。增材制造业是一个新兴产业，按国民经济行业分类不同于传统的八个制造行业，即金属制品业、装备（设备）制造业、通用设备制造业、专用设备制造业、交通运输设备制造业、电气机械及器材制造业、计算机通信等电子设备制造业、仪器仪表制造业，增材制造技术集成了数字化技术、制造技术、新材料技术、激光技术、无损检测等多个学科技术，涉及了从基础科学、工程规模化到产业化质量保证各个层面的研究，实施跨学科、跨领域、多交叉、多融合的研发联动是瓶颈。

3 探索可行方法

3.1 技术突破

现阶段在工业制造领域中，增材制造技术通常有铺粉金属、液态金属、塑料丝材及线材、树脂及光敏树脂和生物材料，其原材料特性（推荐25项特性、30多种检验检测方法）、过程工艺控制（需借助计算机辅助在线进行，首推无损检验检测方法）、验收交付（结合结构特性、机械性能特性、缺陷及其他特性三个维度的中角度公差、密度、拉伸、弯曲、冲击、应力以及超声、渗透等无损检验15项参数、73项检验检测方法）等方法的研究，此处不做赘述。

3.2 充分发挥增材制造类团体标准效能

从分析截至2022年12月国内共发布的162项增材制造标准可以看出，其中团体标准达96项，占比总量的一半以上。如何充分发挥这些团体标准的效能，是当下解决瓶颈问题行之有效的一种方法和对策。有以下四方面思考。

（1）加强团体标准的开放

现行有效的96项团体标准在全国团体标准信息平台上已经公告实施，但文本内容少有公开，不能如国家标准那般让公众方便获取、参照实施。这样的话，一是不能充分发挥团体标准的效能，极大程度上制约了产业发展；二是公众与社会不能及时有效监督团体标准的质量与技术含量，无形中造成浪费。

（2）加强团体标准的管理

在团体标准的管理方面，应大力宣传和引导团体标准的发布和实施，全国增材制造标准化技术委员会应及时关注与协调，通过分析和研判将行业标准、地方标准、团体标准适时转化为国家标准，引导、带动和促进产业的快速发展。

（3）导入团体标准的“全生命周期”管理模式

积极建立和实施对团体标准的评价认可机制，自2015年至今，纵览现行有效的96项团体标准，只有两项团标进行了修订，这个节奏远远不能适应增材制造技术的快速发展，建议通过对其进行科学、有效、必要、适时的分析评价，让其充满活力、富有朝气的良性与健康发展。

（4）加强对增材制造类团体标准主体也就是社会团体组织的监管

加强对增材制造類团体标准主体的监管，也就是对社会团体组织的监管。其一是建立健全增材制造类国标采信团体标准的机制，加大奖励、激励创新；其二是加强社会各层面对增材制造类团体标准的监督，建立投诉受理机构，实施对抄袭、侵权、违规的行为及时予以受理、处置和处罚；其三是建立实施动态化示范试点管理机制，以点带线、以线带面，逐步扩大示范试点的成果，引领增材制造业早日突破瓶颈，增强标准化治理效能，加快构建推动高质量发展的标准体系，助力高技术创新，推动产业的高质量发展。

3.3 突破跨学科、跨领域研发联动

增材制造技术已经成为第三次工业革命的重要标志，受到世界各国的极大关注，从现行有效的标准分析，依据国民经济分类共涉及了C358医疗仪器设备及器械制造业、C419其他未列明制造业、C349其他通用设备制造业、C256专用化学产品制造业、 C351结构性金属制品业、C374航空航天制造业等22个技术领域。随着社会的进步、科学技术的发展，学科的发展从“高度分化”走向“交叉融合”，当下，跨领域协同、跨学科交叉、跨界融合、合作共享亦是增材制造产业突破瓶颈、良性发展所迫切需要的。

3.4 引导与扶持

在顶层设计层面，国家和地方政府应明确和加大资金扶持、政策导向等方面的力度，重点支持和扶持对行业有支撑和辐射作用的科研院所和龙头企业，助力增材制造产业的健康良性发展。

在标准管理方面，大力宣传和引导团体标准的发布和实施，提升社会关注度。增材制造技术委员会应及时关注与协调，通过分析和研判将团体标准适时转化为国家标准，促进和带动产业的快速发展。

在行业监管方面，一是通过标准化充分发挥第三方检验检测的能力，二是利用检验检测的结论通过新闻媒体宣传造势来引导和规范行业的健康有序发展。

4 结语

基于全国标准信息公共服务平台数据，本文分析发现增材制造技术发展迅猛，增材制造产业政策与环境不断优化，增材制造标准发展尚不均衡，社会关注度有待提升。展望未来，在《中国制造2025》的带动下，中国增材制造业的发展速度和质量必将显著提升，逐步迈向中高端，为全球经济稳定和增长提供持续强大动力。