如此強大：帶你領(lǐng)略美國增材制造（3D打印）的真正實力！

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3D打印技術(shù)已經(jīng)引起全社會的廣泛關(guān)注，在深入推進3D打印產(chǎn)業(yè)化的過程中，我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的研發(fā)實力還比較薄弱，與美國和歐洲的差距還非常大，需要我們引起高度重視。
                      3D打印技術(shù)已經(jīng)引起全社會的廣泛關(guān)注，在深入推進3D打印產(chǎn)業(yè)化的過程中，我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的研發(fā)實力還比較薄弱，與美國和歐洲的差距還非常大，需要我們引起高度重視。主要原因在于：一方面國家投入研發(fā)的經(jīng)費較少，二是高層次的研發(fā)人才短缺，三是政府和社會對3D打印的研發(fā)重視不夠。現(xiàn)將美國3D打印科研的情況介紹給大家，供各位會員企業(yè)參考：
        　　
        美國：3D打印技術(shù)研發(fā)力量雄厚
        　　
        美國大學(xué)研究室主要是以基礎(chǔ)研究為主，這些高校研究的資金主要來自NASA、能源部等大財主。金屬材料3D打印大熱，“2020年之前通用航空公司將制造出10萬個增材零件”在金屬材料研究方面，美國的優(yōu)勢并不像高分子材料、納米材料等其他新材料的那樣明顯，其最發(fā)達的是金屬材料在軍事和航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。
        　　
        眾所周知，美國的軍事、航空航天實力全球第一，這也得益于美國在這兩個領(lǐng)域全球領(lǐng)先的金屬材料研發(fā)能力。近年來，增材制造（即3D打印）迅速升溫，美國也于2012年10月在俄亥俄州揚斯頓成立了首個世界前沿的國家增材制造創(chuàng)新研究所（NAMII），以鞏固其在增材制造領(lǐng)域的優(yōu)勢。
        　　
        在國家研究室方面，除了橡樹嶺國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室、阿貢國家實驗室、埃姆斯國家實驗室、國家航空航天局（NASA）等享譽全球的國家實驗室，還工技術(shù)國家中心等專門從事金屬材料研究室以及新近成立的國家增材制造創(chuàng)新研究所。
        　　
        美國的大學(xué)研究室主要是以基礎(chǔ)研究為主。除了知名的MIT、西北大學(xué)等老牌材料工程名校，還有側(cè)重金屬材料研究的康涅狄格大學(xué)等，這些高校研究的資金主要來自NASA、能源部等大財主。金屬材料研究大名鼎鼎的公司，則主要是波音、通用等。
        　　
        MIT發(fā)現(xiàn)金屬材料自我修復(fù)
        　　
        大學(xué)方面，麻省理工學(xué)院、西北大學(xué)、加州大學(xué)圣芭芭拉分校、伊利諾伊大學(xué)香檳分校、斯坦福大學(xué)、康奈爾大學(xué)、哈佛大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)等都是傳統(tǒng)的材料科學(xué)工程研究頂尖院校，這些大學(xué)在細分的金屬材料方面也有著較深的研究底蘊。
        　　
        在全美高校之中，麻省理工學(xué)院材料工程專業(yè)全美排名第一。除了前期介紹過的納米技術(shù)實驗室、先進材料實驗室，麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系還擁有一個快速成型實驗室（RFL），主要進行金屬材料等的快速成型試驗。該實驗室始建于2007年，初始啟動資金來自于LordFoundation。目前，該實驗室RFL擁有數(shù)控銑床和車床，兩個3D打印機，激光切割機，和一個CAD/CAM工作站。
        　　
        自然界中的生物體在遭受損傷時具有自我康復(fù)的功能，但你一定沒聽過金屬材料也能自我修復(fù)。
        　　
        日前，來自麻省理工學(xué)院的材料工程系的邁克爾·戴姆克維茲教授和研究生徐國強在一項金屬特性實驗中意外發(fā)現(xiàn)受損的金屬也具有自我修復(fù)的功能，并通過計算機模型重現(xiàn)了這一修復(fù)機制。發(fā)現(xiàn)這個機制后，MIT的研究人員計劃進一步研究如何設(shè)計出相應(yīng)的金屬合金，以便在特殊應(yīng)用條件下產(chǎn)生自我修復(fù)的功能。“我們?yōu)橹�打開了通途，如何設(shè)計出可以自我復(fù)原的金屬材料不會太久。”上述研究人員稱。
        　　
        西北大學(xué)，材料科學(xué)與工程排名全美第二，其材料系與阿貢國家實驗室廣泛合作，尤其是光電子材料和納米材料方面。西北大學(xué)的金屬材料包括：形狀記憶合金（生物醫(yī)學(xué)植入物）、輕型車輛和高溫引擎的多元合金、金屬間化合物合金的儲氫、電子顯微技術(shù)的高級特征、合金中納米析出相的原子探針研究等。
        　　
        加州大學(xué)圣芭芭拉分校材料科學(xué)方面的研究位列美國前三。該學(xué)校除了擁有數(shù)個全球頂尖的納米材料實驗室，還擁有眾多與金屬材料研究相關(guān)的實驗室，包括材料研究實驗室（MRL）、多功能材料和結(jié)構(gòu)中心（Cemmas）、節(jié)能材料中心（CEEM）、復(fù)合材料研究所（LosAlamos）、先進材料中心（MC-CAM）、國際材料研究中心（ICMR）等。
        　　
        其中，材料研究實驗室是世界公認的五大材料研究中心之一，研究范圍寬廣，在全球范圍內(nèi)影響力巨大。復(fù)合材料研究所（LosAlamos）則是加州大學(xué)圣芭芭拉分校與洛斯阿拉莫斯國家實驗室合作成立研究項目，主要從事金屬復(fù)合材料和工程材料方面的研究。此外，先進材料中心（MC-CAM）則是與日本三菱化學(xué)公司（MitsubishiChemical）合作成立的研究機構(gòu)。
        　　
        賓夕法尼亞大學(xué)，主要研究如何研發(fā)新型高強度、高韌性合金材料，致力于金屬間化合物的基礎(chǔ)系統(tǒng)研究，比如鈦鋁合金和銀鉬合金等。
        　　
        此外，康涅狄格大學(xué)、密歇根理工大學(xué)、田納西大學(xué)、奧本大學(xué)、新墨西哥礦業(yè)技術(shù)學(xué)院、密蘇里大學(xué)-羅拉分校、普渡大學(xué)、凱斯西儲大學(xué)、密歇根州立大學(xué)伍斯特理工學(xué)院等院校的材料科學(xué)與工程專業(yè)名氣雖不如MIT等名校，但這些學(xué)校的材料工程偏重金屬材料的研究，各有千秋。
         
        康涅狄格大學(xué)材料科學(xué)研究所（IMS）成立于1965年，是一個先進材料研究中心，研究所占地面積達80000平方英尺。該研究所材料科學(xué)方面的研究橫跨金屬聚合物、金屬納米材料、生物醫(yī)學(xué)金屬材料等領(lǐng)域。此外，該研究室擁有一系列生物金屬材料、金屬材料加工、金屬機械材料測試、核磁共振及磁檢測、金屬粉末特征等相關(guān)的先進研究儀器設(shè)備。
        　　
        “美國學(xué)校做的也都是基礎(chǔ)方面的研究為主，很多學(xué)校研究資金的來源都是NASA。”一位新加坡南洋理工大學(xué)機械與宇航工程系研究員表示，“就增材制造（3D打印）涉及的金屬材料方面，美國做得比較好的學(xué)校有德雷克賽爾大學(xué)、密蘇里大學(xué)和卡耐基梅隆大學(xué)等。”
        　　
        “在以上大學(xué)中，德雷克賽爾大學(xué)的鈦合金、鎂合金研究比較出色，鈦合金可用于人造植入物，鎂合金可以溶解，用于飛機制造。密蘇里大學(xué)準(zhǔn)備要做這方面的研究，最近剛爭取到資金支持；卡耐基梅隆大學(xué)研發(fā)了10年的鈦合金，但沒什么特別的成果。”上述研究員進一步表示。
        　　
        美國國家增材制造創(chuàng)新研究所陣容龐大
        　　
        在美國，除了世界鼎鼎有名的橡樹嶺國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室、阿貢國家實驗室、埃姆斯國家實驗室、國家航空航天局（NASA）設(shè)有專門的研究金屬材料團隊之外，還有一些并不耳熟能詳?shù)�是在高端金屬研究領(lǐng)域極具地位的研究所，其中包括美國金屬加工技術(shù)國家中心（NCEMT）、美國國家增材制造創(chuàng)新研究所。
        　　
        橡樹嶺國家實驗室下設(shè)一個專門的材料科學(xué)和技術(shù)部，該部門是由之前的凝聚態(tài)物質(zhì)科學(xué)部和金屬與陶瓷部整合而成的，金屬方面的研究涉及合金、材料在極端環(huán)境，如高溫、強腐蝕性介質(zhì)、強輻射下的交互以及材料的物理應(yīng)用，其中包括材料的超導(dǎo)、熱電、儲氫、光電催化、能源存儲性能等。
        　　
        埃姆斯國家實驗室材料制備中心（MPC）對金屬的研究開發(fā)業(yè)界知名的，在2013年1月份，美國能源部宣布在該實驗室設(shè)立重要材料研究所（CMI），主要目的是解決維護美國能源安全所需的稀土金屬和其他材料短缺的問題。
        　　
        美國金屬加工技術(shù)國家中心專業(yè)研究范圍包括金屬的澆鑄、半固態(tài)、成型、焊接和粉末冶金，其中粉末冶金等靜壓技術(shù)的研究處于前沿。
        　　
        “鈦合金在航空航天領(lǐng)域用得比較多，現(xiàn)在可以用激光及電子束加工成型，這些金屬加工技術(shù)是這幾年才興起來的。”前述南洋理工大學(xué)研究員向記者表示。
        　　
        而這位研究員提到的用激光和電子束加工成型的技術(shù)正是近年來炒得火熱的3D打印，也叫做增材制造。作為科技強國，美國在這方面自然不甘人后，2012年10月，美國在俄亥俄州揚斯頓成立了首個世界前沿的國家增材制造創(chuàng)新研究所（NAMII）。
        　　
        美國國家增材制造創(chuàng)新研究所由來自行業(yè)、學(xué)術(shù)界、政府和勞動力發(fā)展資源領(lǐng)域的成員組成，是奧巴馬政府提議在全國建立的15個制造業(yè)創(chuàng)新學(xué)院的一個。
        　　
        目前該研究所至少擁有85家公司，主要包括全球知名的特種金屬生產(chǎn)商阿勒格尼技術(shù)公司、馬丁航空公司，以及3D打印公司ExOne公司、波音公司、通用動力、通用電氣、IBM等企業(yè)，此外，還包括至少13所研究型大學(xué)，主要有卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)，凱斯西儲大學(xué)，肯特州立大學(xué)，賓夕法尼亞州立大學(xué)，羅伯特莫里斯大學(xué)，美國里海大學(xué)、阿克倫大學(xué)，匹茲堡大學(xué)、揚斯頓州立大學(xué)以及9個社區(qū)學(xué)院和18個非營利機構(gòu)。
        　　
        研究所所有成員的目標(biāo)是將3D打印技術(shù)轉(zhuǎn)變成美國制造技術(shù)的主流，而研究所的主管愛德華·莫里斯也表示，美國國家增材制造研究所正探索方法，把美國制造業(yè)再次轉(zhuǎn)變成主導(dǎo)全球經(jīng)濟的力量。
        　　
        3D打印改變公司金屬加工方法
        　　
        學(xué)術(shù)、研究和商業(yè)形成一體，相輔相成，不僅是美國眾多高校研究所和國家實驗室運營模式，美國很多大型公司的研究和生產(chǎn)相結(jié)合的模式也日臻成熟，波音公司和通用電氣公司是當(dāng)之無愧的典型。
        　　
        美國波音公司是世界上航空航天領(lǐng)域規(guī)模最大的公司，世界上最大的民用和軍用飛機制造商，也是美國國家航空航天局的主要服務(wù)提供商。除了設(shè)計和生產(chǎn)我們所熟知的民用飛機外，同時也是軍用飛機、衛(wèi)星、導(dǎo)彈防御、人類太空飛行和運載火箭發(fā)射領(lǐng)域的全球市場領(lǐng)先者，而且還處于無人駕駛系統(tǒng)軍事技術(shù)領(lǐng)域的前沿。
        　　
        波音公司研發(fā)機構(gòu)命名為鬼怪工程部（PhantomWorks），與該研究部產(chǎn)生的各種天馬行空的想法相互映襯。在美國，有4000多名波音員工投身其中成為波音特種工程師，從事著近500個高科技項目的研究。鬼怪工程部的制造加工團隊曾率先使用高速加工、攪拌摩擦連接、自動化纖維放置和樹脂膜注入縫合的方法生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)更強、質(zhì)量更輕、體積巨大的整塊復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)并運用于F/A-18E/F“超黃蜂”艦載戰(zhàn)斗機上。
        　　
        另外一個非常重視前沿金屬材料研發(fā)和生產(chǎn)的公司是通用電氣。打開通用電氣公司的增材制造主頁，“增材制造正在重塑我們的工作方式”的標(biāo)語赫然出現(xiàn)。目前，通用電氣公司使用了超過300件的3D打印器材。
        　　
        通用電氣研究增材制造有20多年之久，其公司著名的全球研發(fā)中心下面專門設(shè)有一個增材制造實驗室，團隊里面包含600名工程師，分布在世界21個點，主要專注于新合金的開發(fā)、擴充、加工和運用。

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