近日美国智库战略与国际研究中心（CSIS）发布《增材制造决策指南》报告并指出，在未来几年中，增材制造将保持快速发展趋势。然而，增材制造在生产规模、精确度、知识产权等方面存在局限性，并且在监管、标准化、信息安全等方面具有较高的风险，需要引起政府的注意。

增材制造已经成为重塑产品生产方式的一套创新方法。在未来几年，增材制造的技术、过程和终端市场应用可能会进一步改善和扩大，决策者应支持持续的基础研究和专家监管，以促进增材制造的发展。

增材制造的局限性

1. 增材制造不可能取代传统制造业

传统制造在大批量生产中具有明显的成本优势。而增材制造还不能很好地进行大批量生产，成本和复杂性使其在生产大零件、简单零件以及简单数控机床上冲压或制造的零件等方面缺乏竞争力。

2.  增材制造技术还不能达到规定的精度要求

许多增材制造产品不能达到规定的精度要求，精加工仍然需要使用传统方法。例如，制造陆军的 RAMBO 发射器需要70小时打印，以及5小时打印后处理。当前，增材制造可用的材料种类有限，开发新材料需要一定时间。

3. 增材制造对知识产权管理带来风险

增材制造对企业带来的最大风险，是对知识产权及其他形式专有知识的有效管理。增材制造通过开发特定指令，指导打印机如何生产产品，在生产过程中需要的隐性知识较少。一旦知识离开安全环境，容易被他人利用。管理这种风险需要整合各种技术解决方案（如数字版权管理），并根据不同需求为管理供应链开发相应技术。

增材制造面临三大挑战

1. 技术挑战

一大挑战是确保产品的一致性、质量和完整性。

企业关心的是确保拥有可靠合格的供应基地。通用电气（GE）在增材制造技术方面做出巨大努力，在美国建立了10个增材制造中心。GE 保持产品一致性的方法同其他形式的制造没有太大不同：控制材料供应，为所有零部件制定规范，以及仔细控制加工过程。这使 GE 利用增材制造技术能够创造出与传统制造具有相同性能的可控部件，获得进一步开发使用的经验和知识。

对投入进行控制和监测会产生一致的产出，但考虑到增材制造的复杂性和新颖性，在实际中可能很难执行并且成本较高。美国联邦航空管理局（FAA）承认100多个对最终产品的质量和特性产生影响的工艺参数。

为了解决这个问题，美国测试与材料学会（ASTM）成立了增材制造技术委员会 F42（Committee F42 on Additive Manufacturing Technologies），该委员会设立了测试小组委员会，与行业利益相关者共同研究制定标准，例如“对源自增材制造工艺加工的金属材料的机械性能进行评定的标准指南”。

另一大挑战是制定行业和监管标准。

在缺少统一标准的情况下，企业难以权衡将增材制造技术整合到既有供应链中的成本和收益。在监管方面，一旦增材制造卷入重大灾难性事件，可能会产生意想不到的政治压力，不利于技术的发展和推广。

美国制定增材制造产品标准以评估最终产品的性能为主，开发适当的测试标准，确保最终产品能够安全执行预定功能。欧盟倾向于采用更规范的方法，采用更多基于流程的标准。标准制定还处在早期阶段这一事实，意味着各国还有机会共同合作，在可能的情况下协调标准，在其他领域建立同等标准，避免市场分裂。

2015年10月，国际标准化组织（ISO）和ASTM宣布在增材制造标准发展结构（Additive Manufacturing Standards Development Structure）方面达成伙伴关系。这一合作可以帮助美国制定全球化标准。

在促进国际合作、普及行业主导的标准方面，美国的监管机构可以充分利用自身的领导地位。美国联邦航空管理局（FAA）被外国同行普遍视为权威，FAA 的认证对于美国生产商打开其他市场大有帮助。

2. 教育和劳动力挑战

增材制造行业的增长带动了相关就业机会的增长。相关数据显示，从2000年到2014年，招聘3D 打印技术工人的招聘广告数量增长了近2000%。然而，德勤和美国制造业协会（The Manufacturing Institute）在2015年进行的一项研究表明，未来10年将会有350万个制造业岗位空缺，其中200万岗位缺少合格的候选人。

另一方面，监管机构、项目官员、首席工程师和其他参与构建增材制造生态系统，并将其与现有的流程进行结合或替代的人员也需要接受教育。也就是，培训下一代工程师和设计师，他们将在未来10年中开始工作，并重新培训那些已经工作的人，以利用新兴技术和商业模式，二者兼具挑战。

3. 安全挑战

在安全方面，增材制造主要涉及两类挑战。

第一类是恶意利用增材制造系统，或试图破坏增材制造系统。但是，过度限制获取增材制造技术会损害技术的增长和整合速度，并且对提升安全性没有帮助。

第二类是各种类型的网络攻击，涉及盗窃设计文件，打印未经授权的产品，损坏硬件，打印危险或非法物品，或恶意改变原有设计文件，故意引入缺陷。考虑到增材制造技术的早期采用者包括医疗保健和航空航天部门，保护增材制造免受网络攻击是确保增材制造可行性的重要优先事项。对设计文件加密、在增材制造产品中引入独特的化学标识符等，以上多种方法可以缓解这些风险。促进公共和私营部门合作，确保最佳实践的发展，需要各部门不断的努力。

增材制造近期展望

CSIS认为，在未来五年中，增材制造可能呈线性发展，在短期内维持两位数的复合年增长率（compound annual growth rates）。预计到2030年前后，增材制造业的生产总值将达到1000亿美元。

预计近期内，在增材制造普及率和基础技术方面将取得重大进展。医疗/牙科、航天、汽车、工业/商业机器、消费电子和军事等领域的进展很可能是最快的。这些领域中整合增材制造进程的最初尝试都已获得成功。

在技术方面，技术进步很可能出现在可用材料、打印速度、打印环境及其他领域。随着越来越多原材料供应进入市场，行业积累的经验增加，以及可用的打印性能提高，整个增材制造生态系统也将得到改善。然而在短期内，传统的减材制造仍将是大批量生产、简单零件、冲压制品、简单旋转机械零件和大型物件生产的主要选择。在此期间，带有复杂几何图形的模型和零部件制造将继续突飞猛进发展。

增材制造目前还处在开发和部署的早期阶段。使用增材制造的最先进领域，如医疗和航空航天部门，对零件的精度要求极高。失败会危及患者和乘客的生命，进而对行业发展构成重大威胁。随着增材制造工艺的推广，有关增材制造零部件安全运行的证据越多，单一事件对行业带来的冲击将越小。

作者简介：

袁珩（编译）：中国科学技术信息研究所。