于灝

2015年春節(jié)過(guò)后，我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)迎來(lái)2個(gè)重大利好消息。首先，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)委、財(cái)政部3部委于2月28日聯(lián)合印發(fā)布《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》，首份國(guó)家級(jí)計(jì)劃的推出標(biāo)志著我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車(chē)道。其次，李克強(qiáng)總理在“兩會(huì)”政府工作報(bào)告中提出了制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃、推動(dòng)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”、實(shí)施“中國(guó)制造2025”等一系列發(fā)展經(jīng)濟(jì)的新思路。3D打印作為“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造技術(shù)”的典型代表，與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深度融合將使得生產(chǎn)制造變得平民化和大眾化，從而孕育更多的新興產(chǎn)業(yè)和新興業(yè)態(tài)。這些3D打印獨(dú)有的行業(yè)特點(diǎn)與“兩會(huì)”提出的發(fā)展新方向高度吻合，使3D打印行業(yè)成為最先被關(guān)注的具體行業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)而成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。從全球3D打印發(fā)展的歷程來(lái)看，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)論在技術(shù)上還是在產(chǎn)業(yè)上均處于優(yōu)勢(shì)地位。本文將梳理美國(guó)3D打印發(fā)展戰(zhàn)略，以期為我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要參考。

一、新一輪工業(yè)革命下的3D打印

自2008年國(guó)際金融危機(jī)以來(lái)，美國(guó)希望通過(guò)重振國(guó)內(nèi)制造業(yè)來(lái)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，開(kāi)始重新審視工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用，提出了“再工業(yè)化”戰(zhàn)略。3D打印作為先進(jìn)制造業(yè)中的關(guān)鍵通用技術(shù)被美國(guó)政府寄予厚望，成為“再工業(yè)化”戰(zhàn)略中一項(xiàng)重要的工作。美國(guó)也因此成為全球3D打印發(fā)展的領(lǐng)航者，引領(lǐng)了2012年至今的全球3D打印發(fā)展熱潮。從表面上看，美國(guó)政府正在積極推動(dòng)3D打印形成新興的先進(jìn)制造業(yè)。但更深層次的內(nèi)涵是：美國(guó)正在以3D打印為切入點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)性政策布局“第三次工業(yè)革命”所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)的相互滲透與深度融合，從而構(gòu)建具有強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力的新工業(yè)體系。今天看來(lái)，美國(guó)的戰(zhàn)略布局、德國(guó)的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，與我國(guó)提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略均有異曲同工之妙。這一方面體現(xiàn)出美國(guó)戰(zhàn)略政策制定中高瞻遠(yuǎn)矚的預(yù)見(jiàn)能力，另一方面也解釋了為什么繼美國(guó)之后，歐洲及其他地區(qū)國(guó)家紛紛效仿積極推動(dòng)3D打印技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用推廣。

二、美國(guó)3D打印政策概要

美國(guó)自2009年之后開(kāi)始重視3D打印技術(shù)。首先，美國(guó)投入大量政府資金支持科技研發(fā)工作。對(duì)于基礎(chǔ)性研究領(lǐng)域，通過(guò)自然科學(xué)基金設(shè)立項(xiàng)目；對(duì)于軍事國(guó)防和生物醫(yī)療相關(guān)研究，則分別通過(guò)國(guó)防部和健康署設(shè)立項(xiàng)目。其次，美國(guó)積極制定扶持政策，通過(guò)各種激勵(lì)措施推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具體方式包括提供競(jìng)爭(zhēng)前合作（Pre-competitive Collaboration）、加大政府早期采購(gòu)、舉辦研討會(huì)、開(kāi)展多種挑戰(zhàn)賽、制定技術(shù)路線(xiàn)圖、參與標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)、強(qiáng)化相關(guān)教育，等等。

2012年8月，為改變制造業(yè)現(xiàn)狀，美國(guó)進(jìn)一步加大對(duì)關(guān)鍵通用先進(jìn)制造技術(shù)的支持。首個(gè)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心——國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心（National Additive Manufacturing Innovation Institute，NAMII）應(yīng)運(yùn)而生。該中心由非營(yíng)利性機(jī)構(gòu)國(guó)家國(guó)防制造與加工中心（National Center for Defense Manufacturing and Machining，NCDMM）領(lǐng)導(dǎo)，美國(guó)國(guó)防部、能源局、商務(wù)部、宇航局、教育部和自然科學(xué)基金6個(gè)部門(mén)均參與其中，聯(lián)盟成員橫跨俄亥俄州、賓夕法尼亞州和西維吉尼亞州的科技帶，包括40個(gè)制造業(yè)企業(yè)、9所研究型大學(xué)、5個(gè)社區(qū)大學(xué)及11個(gè)非營(yíng)利組織。區(qū)別于傳統(tǒng)的創(chuàng)新中心，NAMII偏重于應(yīng)用技術(shù)的研究，設(shè)立的主要目的是使基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化更好地銜接，填補(bǔ)新技術(shù)開(kāi)發(fā)和企業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用之間的溝壑，即在“技術(shù)就緒水平”（Technology Readiness Levels，TRL）里4～6檔的技術(shù)階段研究，提高美國(guó)發(fā)明成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的能力（圖1）。從技術(shù)發(fā)展成熟度來(lái)看，TRL中1～3檔中的基礎(chǔ)性研究可以得到美國(guó)政府大量的科研經(jīng)費(fèi)支持，TRL中7～9檔的產(chǎn)業(yè)化研究則是企業(yè)研發(fā)的重中之重，因此新的國(guó)家創(chuàng)新中心將這兩者進(jìn)行有機(jī)銜接，從而完善整個(gè)研究開(kāi)發(fā)的鏈條。

由此，美國(guó)成為3D打印技術(shù)全球最為重要的推動(dòng)者，率先在國(guó)家層面上推動(dòng)3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。一方面，通過(guò)政府資金投入的牽引提升3D打印技術(shù)成熟度；另一方面，通過(guò)商業(yè)合作、媒體宣傳、人才培養(yǎng)等多種方式，拓展3D打印技術(shù)在各領(lǐng)域應(yīng)用和商業(yè)推廣，突破產(chǎn)業(yè)瓶頸。2013年10月，NAMII更名為“美國(guó)制造（America Makes）”（官方網(wǎng)址變更為http：//americamakes.us/）。美國(guó)推動(dòng)3D打印的政策并不是孤立存在，它和“材料基因組計(jì)劃”等美國(guó)政府其他重點(diǎn)工作存在著內(nèi)部聯(lián)系。當(dāng)這些工作相互促進(jìn)，共同發(fā)展時(shí)，將具有潛力支撐下一波美國(guó)制造的浪潮，激發(fā)各種跨學(xué)科、跨領(lǐng)域之間的相互合作，開(kāi)辟嶄新的創(chuàng)新途徑，應(yīng)對(duì)美國(guó)戰(zhàn)略需求和各種挑戰(zhàn)。因此，表面上看，美國(guó)政府在推動(dòng)3D打印成為新興的產(chǎn)業(yè)，但同時(shí)美國(guó)是以3D打印為切入點(diǎn)，系統(tǒng)性布局?jǐn)?shù)字化制造，試圖通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)相互滲透、深度融合，實(shí)現(xiàn)重振制造業(yè)的戰(zhàn)略。

三、美國(guó)3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)概要1.“美國(guó)制造”中心相關(guān)工作

作為美國(guó)首個(gè)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心，“美國(guó)制造”在2年多的時(shí)間內(nèi)取得了豐碩的成果（見(jiàn)文后附表）。首先，該中心積極整合相關(guān)資源整合工作，截至2015年3月已成為具有130家成員的，覆蓋美國(guó)主要地區(qū)的公-私合作聯(lián)盟，成員單位包括波音、洛克希德·馬丁、西門(mén)子工業(yè)、通用電氣、雷神、強(qiáng)生、3M、霍尼韋爾、沙特基礎(chǔ)工業(yè)等眾多全球知名公司，3D systems、Stratasys、ExOne等3D打印領(lǐng)軍企業(yè)，卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)、阿克隆大學(xué)、MIT林肯實(shí)驗(yàn)室等優(yōu)秀研究機(jī)構(gòu)，以及美國(guó)國(guó)防部、宇航局、能源部等多個(gè)政府部門(mén)。該聯(lián)盟組織了各種技能教育和培訓(xùn)，推廣了應(yīng)用新技術(shù)成果，并使得聯(lián)盟成員之間的3D打印相關(guān)信息得到充分的交流和共享。

在聚集國(guó)內(nèi)相關(guān)資源的同時(shí)，“美國(guó)制造”中心組織力量進(jìn)行了技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的制定。雖然此路線(xiàn)圖沒(méi)有對(duì)外公開(kāi)，但根據(jù)已給出的框架圖我們可以得出一些信息（圖2）：技術(shù)路線(xiàn)圖分為5個(gè)部分，包括設(shè)計(jì)、材料、工藝設(shè)備、檢測(cè)認(rèn)證和知識(shí)發(fā)展。每個(gè)環(huán)節(jié)中都具有4～7個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，將在2013-2017年之間進(jìn)行針對(duì)性項(xiàng)目布局分階段突破。截至2014年底，NAMII已依據(jù)此技術(shù)路線(xiàn)圖經(jīng)完成了2批共計(jì)22個(gè)項(xiàng)目的布局。

第1批7個(gè)項(xiàng)目涉及35家參與單位，政府資助金額450萬(wàn)美元，承擔(dān)單位提供500萬(wàn)美元匹配，主要圍繞材料、工藝設(shè)備和檢測(cè)認(rèn)證3個(gè)部分；第2批15個(gè)項(xiàng)目涉及76家參與單位，政府資助金額900萬(wàn)美元，承擔(dān)單位提供1 030萬(wàn)美元匹配，全面覆蓋路線(xiàn)圖中的5個(gè)部分。這22個(gè)項(xiàng)目中，材料、工藝設(shè)備和檢測(cè)認(rèn)證3個(gè)部分是布局的重點(diǎn)，項(xiàng)目所占的比例分別達(dá)到24.3%、31.7%和26.8%，設(shè)計(jì)和知識(shí)發(fā)展部分分別占到總比例的9.7%和7.3%。

設(shè)計(jì)方面主要是增加設(shè)計(jì)自由度和提高設(shè)計(jì)精度，關(guān)注復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化建模工具的開(kāi)發(fā)；材料方面則是聚焦材料性能的提高、成本的降低和推進(jìn)材料實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，聚焦航空航天用高性能材料、醫(yī)療用可吸收金屬材料、低成本金屬材料開(kāi)發(fā)等；工藝設(shè)備方面重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品性能提升和成本降低，涉及產(chǎn)品機(jī)械性能和尺寸工藝精度提升，低成本工藝和創(chuàng)新工藝的開(kāi)發(fā)；檢測(cè)和認(rèn)證方面則關(guān)注生產(chǎn)在線(xiàn)監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和認(rèn)證；知識(shí)發(fā)展方面，涉及材料工藝產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，指南的撰寫(xiě)及人員培訓(xùn)。NAMII在進(jìn)行3D打印項(xiàng)目布局的同時(shí)，還考慮了和美國(guó)“材料基因組計(jì)劃”計(jì)劃的緊密銜接。強(qiáng)調(diào)“大數(shù)據(jù)”理念，推進(jìn)公共/聯(lián)盟數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，促進(jìn)分享機(jī)制的形成，以形成資源共享、減少研發(fā)時(shí)間。

2015年2月，“美國(guó)制造”中心發(fā)布了第3輪項(xiàng)目征集指南，總支持經(jīng)費(fèi)將達(dá)到1 600萬(wàn)美元。其中，政府項(xiàng)目資助經(jīng)費(fèi)達(dá)到800萬(wàn)美元，承擔(dān)單位提供800萬(wàn)美元匹配。所資助的項(xiàng)目將繼續(xù)聚焦提升3D打印關(guān)鍵技術(shù)的成熟度，進(jìn)一步促進(jìn)聯(lián)盟成員之間的知識(shí)的集聚做大做強(qiáng)美國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)。與前2批的項(xiàng)目布局相比，此次征集指南涵蓋了一些新內(nèi)容。除了以前的設(shè)計(jì)、材料、工藝3個(gè)部分，新增加了價(jià)值鏈和基因組，從更加宏觀(guān)、整體的層面上布局集成技術(shù)，推動(dòng)3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。其中，3D打印領(lǐng)域的“材料基因組計(jì)劃”被首次提出，通過(guò)材料開(kāi)發(fā)模式的轉(zhuǎn)變，加速推動(dòng)“材料—工藝”匹配這一核心技術(shù)壁壘的解決。

①設(shè)計(jì)方面的主要問(wèn)題是3D打印設(shè)計(jì)的自由度沒(méi)有得到完全的體現(xiàn)。因此，需要探索新的通用設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具，打破傳統(tǒng)制造工藝（如鑄造、機(jī)加工、注塑、壓粉）的設(shè)計(jì)路線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)3D打印制品設(shè)計(jì)文化的變革，以滿(mǎn)足金屬、高分子、高分子復(fù)合材料、陶瓷和電子材料等3D打印高速增長(zhǎng)領(lǐng)域的需求。該部分的重點(diǎn)將是新型通用設(shè)計(jì)方法的開(kāi)發(fā)，以避免CAD、CAM、CAE、PLM等設(shè)計(jì)工具的制約，以及傳統(tǒng)制造工藝經(jīng)驗(yàn)的干擾，讓不同規(guī)模的制造商均能采用3D打印技術(shù)，并且進(jìn)行高效利用，有效推動(dòng)價(jià)值鏈中各環(huán)節(jié)之間的創(chuàng)新。

②材料方面主要問(wèn)題是目前產(chǎn)品的性能表征體系只是一個(gè)不成熟的臨時(shí)系統(tǒng)，相關(guān)數(shù)據(jù)的不一致、不完整導(dǎo)致了3D打印產(chǎn)品性能出現(xiàn)較大范圍的波動(dòng)和變化。因此，需要基于3D打印性能表征數(shù)據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，減少原材料性能的波動(dòng)，并通過(guò)嚴(yán)格的工藝方法和準(zhǔn)則范本，實(shí)現(xiàn)對(duì)3D打印工藝微觀(guān)尺度物理機(jī)制的控制，代替現(xiàn)有對(duì)工藝參數(shù)和成品微觀(guān)結(jié)構(gòu)的控制，實(shí)現(xiàn)可重復(fù)、一致和設(shè)計(jì)完全相同的產(chǎn)品微觀(guān)結(jié)構(gòu)，從而降低產(chǎn)品性能的波動(dòng)。該部分的重點(diǎn)將是開(kāi)發(fā)適合不同生產(chǎn)商設(shè)備的“開(kāi)源”原材料規(guī)范，后處理工藝的標(biāo)準(zhǔn)化指南如金屬部件的熱處理和熱等靜壓等。

③工藝方面主要問(wèn)題是3D打印工藝當(dāng)前的處理能力無(wú)法滿(mǎn)足零件低成本、規(guī)模化生產(chǎn)的需求，需要附加后處理程序達(dá)到產(chǎn)品的性能要求。因此，需要突破“機(jī)床級(jí)”3D打印工藝和相關(guān)子系統(tǒng)所需的關(guān)鍵技術(shù)，讓3D打印從一個(gè)制作樣件模型的技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)生產(chǎn)型技術(shù)。該部分的重點(diǎn)將是開(kāi)發(fā)多軸、多功率激光數(shù)控子系統(tǒng)，工藝溫度梯度控制子系統(tǒng)，以及連續(xù)式生產(chǎn)設(shè)備等，對(duì)沉積過(guò)程，熔化、燒、擠壓等物理機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，從而提升工藝能力。

④價(jià)值鏈方面主要問(wèn)題是當(dāng)前3D打印技術(shù)的開(kāi)發(fā)往往是瞄準(zhǔn)價(jià)值鏈中的一個(gè)單獨(dú)環(huán)節(jié)，或是產(chǎn)品全生命周期的一個(gè)環(huán)節(jié)，這種分段式的開(kāi)發(fā)方式無(wú)法在宏觀(guān)層面上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的技術(shù)集成。該部分的重點(diǎn)將是面向產(chǎn)品生命周期和價(jià)值鏈，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的集成3D打印技術(shù)如快速檢測(cè)/認(rèn)證方法，以降低“終端到終端”產(chǎn)品的制造成本，縮短3D打印產(chǎn)品的上市時(shí)間。這些技術(shù)已經(jīng)在“國(guó)防部制造技術(shù)計(jì)劃”的“先進(jìn)制造企業(yè)投資科目”中被優(yōu)先確定，將通過(guò)數(shù)字鏈路的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)全流程的數(shù)字化，幫助明確相關(guān)人員所需的專(zhuān)業(yè)技能，以及在快速設(shè)計(jì)與檢測(cè)方面的新技術(shù)需求。

⑤基因組方面主要問(wèn)題是當(dāng)前的材料的開(kāi)發(fā)、表征與檢測(cè)方法大都是科學(xué)直覺(jué)和不斷的實(shí)驗(yàn)嘗試，這種“作坊式”的傳統(tǒng)研究模式導(dǎo)致了材料開(kāi)發(fā)的高成本、高周期和高風(fēng)險(xiǎn)，阻礙了3D打印技術(shù)的大規(guī)模滲透。因此，需要開(kāi)發(fā)基于計(jì)算，以“基因”為單元搭建模塊的研究模式。從根本上加速開(kāi)發(fā)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和工藝開(kāi)發(fā)并行，減少新材料發(fā)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)和檢測(cè)的成本。該部分的重點(diǎn)將是復(fù)制美國(guó)“國(guó)家材料基因組計(jì)劃”，將3D打印材料開(kāi)發(fā)和檢測(cè)的時(shí)間和成本都減少一半。其中包括開(kāi)發(fā)材料性能表征的新路線(xiàn)，以及新的計(jì)算方法，如基于物理的、模型輔助的材料性能預(yù)測(cè)工具，驗(yàn)證計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果所需的通用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。

2.國(guó)防部門(mén)相關(guān)工作

“美國(guó)制造”中心的3D打印相關(guān)工作并不是獨(dú)立的，美國(guó)航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（Air Force Research Laboratory，AFRL）均參與其中，起到重要的協(xié)同作用，避免發(fā)生重復(fù)性工作。這2家單位著重開(kāi)展3D打印在國(guó)防軍工領(lǐng)域的研發(fā)工作，前者聚焦太空3D打印，后者布局航空及地面3D打印。

NASA在3D打印方面的工作主要是推動(dòng)此項(xiàng)技術(shù)在太空探索領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)于美國(guó)未來(lái)的太空探索，NASA已經(jīng)制定了一個(gè)涵蓋14項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的太空技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。其中的第12項(xiàng)“材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)和制造”就包括了3D打印。雖然3D打印的戰(zhàn)略等級(jí)低于這14項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但NASA也正在積極進(jìn)行3D打印技術(shù)路線(xiàn)圖的制定，用來(lái)指導(dǎo)相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)展3D打印技術(shù)和精細(xì)管理有限的開(kāi)發(fā)資金。目前，馬歇爾太空飛行中心（MSFC）已經(jīng)搭建了一個(gè)基于“技術(shù)發(fā)展愿景”的太空3D打印路線(xiàn)圖，并將根據(jù)NASA的要求修訂成為一個(gè)戰(zhàn)略級(jí)別的綜合路線(xiàn)圖（圖3）。雖然以20～40年的進(jìn)度和視野來(lái)預(yù)期太空3D打印在2040年和2050年能達(dá)到的程度是非常困難，但根據(jù)NASA的長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)，可以勾畫(huà)出NASA 3D打印短期、中期和長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略概況，從而全面預(yù)期太空3D打印可能進(jìn)步的程度。值得一提的是，2014年底，美國(guó)Space公司的“龍”飛船將首臺(tái)太空3D打印機(jī)送達(dá)國(guó)際空間站，并成功打印出印著“太空制造/NASA”字樣的銘牌，這標(biāo)志著太空制造業(yè)的新時(shí)代正在到來(lái)。

ARFL在3D打印方面的工作主要是推動(dòng)此項(xiàng)技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。該部門(mén)已經(jīng)開(kāi)展了很多3D打印的相關(guān)工作，并取得了喜人的進(jìn)展。同時(shí)，該機(jī)構(gòu)的一位3D打印研發(fā)主管同時(shí)任職國(guó)防部，負(fù)責(zé)管理“美國(guó)制造”中心。根據(jù)AFRL的3D打印規(guī)劃，這項(xiàng)技術(shù)短期是要進(jìn)行飛機(jī)零部件的制造，長(zhǎng)期來(lái)看將實(shí)現(xiàn)太空3D打?。▓D4）。2014年，ARFL通過(guò)“美國(guó)制造”中心布局了3個(gè)特別專(zhuān)項(xiàng)，涉及自動(dòng)化控制、開(kāi)源程序和無(wú)損檢測(cè)，總投入金額達(dá)到312萬(wàn)美元。“基于熱塑性高分子粉末床工藝的閉環(huán)流程控制”項(xiàng)目分為2個(gè)課題，由3D systems公司和德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校（The University of Texas At El Paso）分別作為牽頭單位進(jìn)行開(kāi)發(fā)。前者將通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)硬件和軟件的集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高分子粉末床工藝關(guān)鍵參數(shù)的在線(xiàn)控制。后者則將通過(guò)對(duì)粉末床工藝反饋的控制，來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能的預(yù)判，減少由設(shè)備引起的產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高成品率和工藝的可認(rèn)證性?！?D打印粉末床工藝開(kāi)源工藝流程控制研究”項(xiàng)目也分為2個(gè)課題，由通用電氣全球研究中心（GE Global Research）和賓夕法尼亞州立大學(xué)（Pennsylvania State University）分別作為牽頭單位進(jìn)行研究。前者將開(kāi)發(fā)金屬粉末床工藝的開(kāi)源協(xié)議和機(jī)器控制系統(tǒng)，通過(guò)開(kāi)源程序來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬3D打印樣件的制造。后者將開(kāi)發(fā)分層開(kāi)放協(xié)議，使研究人員可以訪(fǎng)問(wèn)3D打印的關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行建模、控制和工藝優(yōu)化，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，促進(jìn)工藝優(yōu)化和材料開(kāi)發(fā)?！皬?fù)雜金屬3D打印制品結(jié)構(gòu)無(wú)損評(píng)估”項(xiàng)目由愛(ài)迪生焊接研究（Edison Welding Institute，EWI）所負(fù)責(zé)，項(xiàng)目將建立鎳基合金3D打印產(chǎn)品的無(wú)損評(píng)估技術(shù)，評(píng)估通過(guò)直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）和電子束熔煉（EBM）2種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品。產(chǎn)品中的3D打印典型缺陷和生產(chǎn)條件將通過(guò)X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）的方法來(lái)進(jìn)行研究。

3.標(biāo)準(zhǔn)/認(rèn)證相關(guān)工作

隨著3D打印技術(shù)的不斷成熟，應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，其工藝和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題逐步突顯出來(lái)。由于這種新的制造工藝完全不同于傳統(tǒng)的鑄造、鍛造，因此原有產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并不完全適用于3D打印產(chǎn)品。同時(shí)，3D打印產(chǎn)品也需要一些新的參數(shù)來(lái)進(jìn)行表征，確保不會(huì)產(chǎn)生新問(wèn)題。2009年美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（American Society of Testing Materials，ASTM）成立了專(zhuān)門(mén)的3D打印技術(shù)委員會(huì)F42，其目的是建立3D打印的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)在各領(lǐng)域的快速發(fā)展。該委員會(huì)包括17個(gè)國(guó)家的200多個(gè)團(tuán)體和組織，其下設(shè)6個(gè)技術(shù)分委會(huì)，包括測(cè)試方法（F42.01）、設(shè)計(jì)（F42.04）、材料和工藝（F42.05）、術(shù)語(yǔ)（F42.91）、戰(zhàn)略計(jì)劃（F42.94）和美國(guó)技術(shù)咨詢(xún)小組（F42.95）。此外，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）也成立了3D打印技術(shù)委員會(huì)TC261，并和ASTM共同開(kāi)展3D打印的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。ASTM下設(shè)的F42.95將服務(wù)于ISO TC261，確保2大標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的相關(guān)工作實(shí)現(xiàn)兼容互補(bǔ)。目前，2大機(jī)構(gòu)已經(jīng)達(dá)成初步的標(biāo)準(zhǔn)工作框架，涵蓋了術(shù)語(yǔ)、工藝/材料、測(cè)試方法和設(shè)計(jì)/數(shù)據(jù)格式4個(gè)方面，衍生出6個(gè)不同的涉及原材料、工藝、裝備和終端產(chǎn)品的6個(gè)領(lǐng)域（圖5）。目前重點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作分為9個(gè)方面：鑒定和認(rèn)證方法、設(shè)計(jì)指南、原材料性能檢測(cè)方法、3D打印終端部件機(jī)械性能檢測(cè)方法（如無(wú)損檢測(cè)）、材料回收（再利用）指南、循環(huán)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣件（實(shí)現(xiàn)不同3D打印工藝、材料和機(jī)器在一定程度上的可對(duì)比）、3D打印制品選購(gòu)要求、現(xiàn)有ISO/ ASTM術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。截至2014年2月，ASTM已經(jīng)頒布了8個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中，ISO/ASTM 52921《3D打印坐標(biāo)系與測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)》、ISO/ ASTM 52915《3D打印文件格式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》是和ISO共同完成。其他的6項(xiàng)分別為ASTM F2792-12《3D打印技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)》、ASTM F2924-12a《粉末床熔合3D打印工藝用Ti-6Al-4V標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、ASTM F2971-13《3D打印制樣測(cè)試結(jié)果報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》、ASTM F3001-13《粉末床熔合3D打印工藝用超低空隙Ti-6Al-4V標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、ASTM F3055《粉末床熔合3D打印工藝用鎳鉻合金718新規(guī)范》、ASTM F3056《粉末床熔合3D打印工藝用鎳鉻合金625新規(guī)范》。