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美国国家增材制造创新学院3D打印详细介绍

增材制造又称为3D打印,是通过把一层又一层的材料沉积下来形成一个完全符合数字设计规定标准的物体,可以用于打印包括粉状金属和高分子化合物在内的材料。和这个生产过程不同的传统机械加工是通过将材料钻洞、切割、掏空来做出各种形状的物体。

以下内容引用自《重塑制造业 : 从创新到市场》,仅供学习参考使用。

美国国家增材制造创新学院3D打印详细介绍 句子迷的资源分享 第1张

3D打印的诱人前景是用不高的成本就可以加工出独一无二的定制式物体,这些物体可以供军用,也可以供商用,这样就可以大大加快从设计到产品生产的进程,减少材料和能源消耗。其中最乐观的前景是使生产制造大众化。

“给我打印一把斯特拉迪瓦里小提琴吧。”《经济学人》2011年2月10日的封面上这么写着,故事的主题是“一种新的制造科技将如何改变世界”。这种科技不但可以将新的工业世界的创新潜能完全释放出来,旧的工业世界也会获益良多,因为旧的工业世界就是一个不断更换磨损零部件的世界,从髋关节到牙齿再到发电机的零部件,到达年限后都需要更换。美国国防部每年要把可以买好几百把斯特拉迪瓦里小提琴的钱花在更换磨损了的国防设备零件上。如果这些零配件可以需要更换时再生产,美国国防部就不用支持多家供应商了。因为现为每家供应商需要同时开几条生产流水线来生产零部件,还要建很多仓库来装那些暂时用不着的零件,这样一来,节省的开支就真是太大了。这种诱人的前景使得美国国防部理所当然地就成了NAMII这个项目的主要出资人。

这些技术的最终客户和供应商跨越了好几个产业:航天、医疗器械、新材料、再生能源、汽车、建筑等。但是,想要让这些产业的主要参与者对3D打印进行重大投资时,他们都对这种技术持怀疑态度,认为3D打印技术可能就只是在原型机制造方面有点用,还认为这种技术可能只能打印出塑料的物体。3D打印其实已经存在了好几十年了,但是由于种种原因,用途有限,比如质量、性能达不到要求,现在使用的打印材料打印出来的物体不够耐用,打印机要很长时间才能打印出一个物体来。如果这些技术发展到了可以和快速生产零部件的仪器结合在一起,而产品又能够达到精密机械加工要求的地步的话,很多企业都会受益。但是要投入多少资源才能达到那一步是非常不确定的,因此风险非常高。NAMII首先要解决的就是这些问题:要开发的技术有跨产业应用的潜力,但是要把不同产业的参与者调动起来,才能把技术变成可以投放市场的产品,而没有一个企业可以接受这样的风险,技术的好处又太分散了,没有一个企业可以独自占有。

发展3D打印技术,把它在各个产业中传播开来要克服这么多困难,NAMII的建立过程可以让我们深入了解政府如何利用财政拨款来召集、推动来自不同产业的私营企业结成同盟。政府最初提出要为项目提供3 000万美元的经费,这个提议使得大学、产业研究机构、企业和州政府的经济发展机构联合起来,组成了好几个互相竞争的同盟。最后,美国政府将要提供的3 000万美元吸引了私营企业界4 000万美元的投资。赢得了这个项目的同盟与其竞争对手的不同之处不是他们技术上的优胜,而是他们表现出来的要把跨国企业、中小型企业、社区学院、大学都调动起来,为彻底改变区域性制造业而奋斗的决心,这种决心让我们相信,他们设计出来的制度是可行的。

获胜同盟列举的支持者有86家企业、10所研究大学、9个劳动力发展成员(其中包括社区学院)、18家非营利性机构(包括本·富兰克林合作者机构、MAGIVET项目和NorTech等)。科技联系中心TechBelt在同盟形成过程中发挥了关键作用,TechBelt是一个区域性的合作机构,成员包括卡内基美隆大学、凯斯西储大学两所大学,还有总部设在俄亥俄州的蒂姆肯公司。这对研究性大学来说是一种全新的合作方式,但是其中一位大学的系科主任又说道:

我们意识到,我们做的很多工作都是推动制造业发展的,尽管我们没有给我们的工作打上这样的标签,也没做过这方面的推广。

这些主要参与者把提案的写作过程和制度建设看作是把俄亥俄州东北部和宾夕法尼亚州西南部的供应制造商通过先进制造科技联系起来的过程。他们认识到,要达到这个目的就要建立起一个广泛的同盟,这就是为什么他们引进了这样的区域性发展机构、社区学院和州立大学,而这些参与者又引进了很多和他们合作的企业。因为美国政府提供的经费大部分来自美国国防部,这个团队决定让美国国家国防制造和机械加工中心,一家长期从事国防承包工作的机构,来对提案进行审查。

现在,NAMII已经成立了,但是很多基本问题还没有答案,它的任务是什么?它应该如何运作?谁能加入?这些问题还有待解决。虽然这家机构刚刚成立,但还是值得一提的,因为它很可能成为一个把背景各异的合作方召集到一起的优秀机构,而且已经具备了相应的架构和机会。关于谁能成为成员,问题还挺多的:一定要在该地区有实体设施才能成为成员吗?既然经费是国防部这样的美国政府机构给的,其他地区的企业和大学应该也可以加入吧?机构的目标是把该地区的供应商和发明家及大企业联系起来,因此就可以把区外的企业排除在外吗?外国企业可以加入吗?如果它们想加入的话,是不是也要在该地区有生产设施,或者是起码在美国有生产设施?就像半导体制造技术研究联合体那样,NAMII要根据形势发展,决定哪一等级的成员可以用到哪一级的资源,这是一个需要不断修改的决定。

一个开放式的创新体系将要创造出很多公共资源,谁应该获得这些资源的商业价值呢?一个开放式创新机构的盈利策略蓝图应该是怎样的?NAMII的成员中还没有新创企业,但是成员中有些小企业有3D打印的专属技术。这些小企业面临着一种独特的风险,一方面大家同时拿到共同资源开发出来的技术,但是大企业比它们跑得快,在新技术应用中,小企业一定会落后,而且因为新技术出来了,自己原有的专属技术又会被淘汰了。这就有必要为这些小企业的知识产权提供一定的保护,这样才能吸引它们加入到项目中来,但是如果保护太多的话,又恐怕会遏制新技术的发展。从事这个领域的基础研究的大学在和产业合作方合作时,就要重新考虑常规的知识产权规定是否适用。发表学术论文的通常做法会受到怎样的影响?如果NAMII要帮助技术商业化,而大学是NAMII的成员,这样的身份会不会影响到大学作为非营利机构的免税地位?

另外,美国政府以及其他赞助商,作为出资人会对机构产生什么影响?美国国防部这样的美国政府机构最关心的可能是武器采购和国家安全问题,而区域性参与者的主要目的是重建区域经济。有些成员企业的营业收入很多依靠美国政府机构的订单,要完成订单,它们又需要当地供应商的配合。其他私营企业的主要市场可能是全球市场,它们的供应链也更加灵活,可以用区域内的供应商,也可以外包给世界各地的承包商。有些美国政府出资机构如美国商务部,它制度规定,项目一定要有劳动力培训的内容。在这些方面,区域性的社区学院和就业机构的观点和经验都可以不一样。要包容差异如此之大的多个参与方,要让它们在策略蓝图绘制、公共设施建设等方面都有被重视的参与感,从而共聚同一机构。要达到这样的目的,机构的治理架构也要根据不同地区的情况因地制宜。

我们应该把以上例子看作是重建美国工业生态系统的试验。它们各不相同,而我们能够从中得到的最宝贵经验就是它们的共同之处。

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