智能制造方興未艾 3D打印、機(jī)器人成焦點(diǎn)

即使對(duì)于普通人，3D打印技術(shù)也不再是個(gè)陌生概念，人們津津樂(lè)道的是用半個(gè)小時(shí)就可以打印出一個(gè)微縮版的自己。但其實(shí)，除了這些“花哨”的玩法，3D打印已應(yīng)用于飛機(jī)關(guān)鍵零部件的制造等高端制造領(lǐng)域。

輕觸按鈕，床板的上半部徐徐抬起，折疊成一個(gè)舒適的輪椅。幾乎不用移動(dòng)身體，老人就從床上直接出了門(mén)。這“變形輪椅”實(shí)際上是北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院研發(fā)的“床椅一體化機(jī)器人”。

事實(shí)上，3D打印、“床椅一體化機(jī)器人”等智能裝備、以數(shù)控機(jī)床為代表的高端數(shù)控裝備，正是當(dāng)前全球制造業(yè)布局的戰(zhàn)略重點(diǎn)。金融危機(jī)后，尋求產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的北京，同樣將這三個(gè)領(lǐng)域作為發(fā)展高端制造業(yè)的突破口。2011年11月，北京市科委啟動(dòng)實(shí)施了以這三個(gè)領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)支持方向的“北京高端數(shù)控裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)跨越發(fā)展工程（精機(jī)工程）”。

兩年多來(lái)，“精機(jī)工程”在北京高端裝備領(lǐng)域共投入科技經(jīng)費(fèi)3億余元，帶動(dòng)社會(huì)研發(fā)投入20億元。在3D打印等上述三個(gè)領(lǐng)域取得多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破，并形成逐步完善的產(chǎn)業(yè)鏈。

另一組數(shù)字更能說(shuō)明這一工程的意義�！熬珯C(jī)工程”實(shí)施，帶動(dòng)2012年北京高端裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值500億元，稅收20億元，利潤(rùn)25億元。

北京3D產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善

國(guó)內(nèi)3D技術(shù)最廣為人知的應(yīng)用是，我國(guó)首創(chuàng)用3D打印造飛機(jī)鈦合金大型主承力構(gòu)件，該技術(shù)成功應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919上。這一技術(shù)由北京航空航天大學(xué)激光增材制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)。

該團(tuán)隊(duì)成員湯海波告訴筆者，3D打印技術(shù)是“增材制造”技術(shù)的俗稱(chēng)，也稱(chēng)“增量制造”、“添材制造”、“添加式制造”技術(shù)，是指依據(jù)三維CAD建模，在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下通過(guò)材料逐層添加堆積的成形制造技術(shù)。相對(duì)簡(jiǎn)明通俗的可將3D打印技術(shù)分為“快速原型制造技術(shù)”和“高性能金屬構(gòu)件增材制造技術(shù)”兩類(lèi)。

其中，大型金屬構(gòu)件激光增材制造裝備是發(fā)揮“變革性”的高性能金屬激光增材制造技術(shù)巨大潛力的設(shè)備基礎(chǔ)和必要手段，也是長(zhǎng)期以來(lái)制約該先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”之一。

湯海波所在團(tuán)隊(duì)自開(kāi)展高性能金屬激光增材制造技術(shù)以來(lái)，開(kāi)展了其成套裝備技術(shù)研發(fā)，歷經(jīng)17年持續(xù)研究和完善，提出了“外置型”大型金屬激光增材制造裝備新思路，發(fā)明了“高效氣體充排—柔性密封”等系列核心關(guān)鍵技術(shù)，并自主開(kāi)發(fā)出激光增材制造專(zhuān)用掃描路徑生成軟件、保障了制造零件的質(zhì)量和性能。

經(jīng)過(guò)5代系列科研型激光增材制造裝備的研發(fā)，激光增材制造數(shù)十種鈦合金、超高強(qiáng)度鋼大型復(fù)雜關(guān)鍵金屬零件在大型運(yùn)輸機(jī)、艦載機(jī)、C919大型客機(jī)、殲擊機(jī)等多型飛機(jī)中裝機(jī)應(yīng)用，并多次作為“唯一方案”解決研制“瓶頸”，發(fā)揮了不可替代作用，同時(shí)使我國(guó)成為迄今世界上唯一掌握高性能大型金屬零件激光增材制造技術(shù)并實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的國(guó)家。

湯海波表示，北京市科委高度重視和支持高性能金屬激光增材制造技術(shù)的發(fā)展，2012年以來(lái)北京市科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“大型高性能金屬零件激光增材制造裝備樣機(jī)研制”旨在開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、引領(lǐng)高端裝備制造業(yè)的激光增材制造裝備樣機(jī)，2013年繼續(xù)資助該裝備的系列化、工程化發(fā)展。

除北航外，清華大學(xué)開(kāi)展了多功能快速成形設(shè)備、熔融沉積制造設(shè)備、電子束制造設(shè)備、生物打印技術(shù)研究。中國(guó)科學(xué)院光電院、自動(dòng)化所等院所以及中航625所等國(guó)家重要科研機(jī)構(gòu)，在軟件設(shè)計(jì)、金屬材料、激光器等方面都具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

此外，從材料研制和生產(chǎn)到數(shù)字化設(shè)計(jì)，再到關(guān)鍵部件研制和生產(chǎn)、整機(jī)研制和生產(chǎn)、應(yīng)用，北京具備全產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如何讓這些優(yōu)勢(shì)資源發(fā)揮更大效益？2009年以來(lái)，北京市有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)多次到北航等單位進(jìn)行專(zhuān)題調(diào)研，對(duì)相關(guān)技術(shù)發(fā)展做出重要批示，北京市科委系統(tǒng)調(diào)研掌握了3D打印、機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)在北京的基本情況，在此基礎(chǔ)上啟動(dòng)了一批重大科技項(xiàng)目。目前，投入科技經(jīng)費(fèi)近6000萬(wàn)元，帶動(dòng)社會(huì)研發(fā)投入2億元。

同時(shí)，北京市科委積極打造公共服務(wù)平臺(tái)，如建設(shè)數(shù)字化制造業(yè)研發(fā)平臺(tái)及數(shù)字化制造業(yè)服務(wù)與培訓(xùn)基地。2011年、2012年連續(xù)在3D打印、機(jī)器人等新興產(chǎn)業(yè)布局了研發(fā)平臺(tái)，認(rèn)定北航、機(jī)械研究總院、清華、625所等單位組建的北京市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或工程技術(shù)研究中心。

支持北京DRC工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)“3D打印”產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)展示、制造服務(wù)、信息匯集、產(chǎn)業(yè)孵化、人才培訓(xùn)、國(guó)際交流、材料查詢和市場(chǎng)與政策研究等內(nèi)容，并已將其納入到北京市科委“首都科技條件平臺(tái)”體系內(nèi)。開(kāi)設(shè)“3D打印”體驗(yàn)館，推進(jìn)3D打印技術(shù)在普通大眾間的傳播和推廣。

除了實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，商業(yè)模式創(chuàng)新也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)。北京市推動(dòng)相關(guān)單位利用電子商務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)了國(guó)內(nèi)首家在線3D打印電子商務(wù)服務(wù)平臺(tái)——3D打印電子商務(wù)叁迪網(wǎng)，2012年成功上線運(yùn)行，以汽車(chē)設(shè)計(jì)、3C產(chǎn)品、裝備制造、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、個(gè)性化需求等為主要用戶，提供在線3D打印服務(wù)。

智能制造技術(shù)方興未艾

在新一輪科技革命中，發(fā)達(dá)國(guó)家大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化，再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)未來(lái)制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。

前文提到的床椅一體化服務(wù)機(jī)器人主要由床體、座椅、信息與控制系統(tǒng)四大部分組成。該模塊化可變形的多功能床椅一體化系統(tǒng)即可自動(dòng)從護(hù)理床變形為輪椅，又可從輪椅反向變換回護(hù)理床。在護(hù)理床狀態(tài)時(shí)，通過(guò)語(yǔ)音控制可以實(shí)現(xiàn)翻身、抬背與曲腿等功能，此外還配備了血壓、脈搏、體溫等生理參數(shù)監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻娛樂(lè)與吃藥提醒系統(tǒng)等，可以與遠(yuǎn)方的子女進(jìn)行視頻情感交流；在輪椅狀態(tài)時(shí)，通過(guò)手柄控制輪椅可以在衛(wèi)生間、室內(nèi)和走廊等空間進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行大小便自理，也可自動(dòng)尋路對(duì)接回床的功能。