近些年，美國(guó)通過(guò)智慧產(chǎn)業(yè)革命全面拉抬了制造業(yè)的整體效率，并且已經(jīng)取代中國(guó)成為制造業(yè)超級(jí)大國(guó)。美國(guó)用工下跌了28%，但是效率卻大幅提升，相比之下中國(guó)人工越來(lái)越貴，而效率卻鮮見(jiàn)提升。這指明了制造業(yè)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要出路便是引入智慧產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化每個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，提升局部和整體利潤(rùn)。

“智慧服務(wù)”是一種人、機(jī)、物協(xié)同制造模式，在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)容/知識(shí)網(wǎng)、人際網(wǎng)和先進(jìn)制造技術(shù)等的支持下，將各種制造資源連接在一起形成統(tǒng)一的資源池，然后根據(jù)客戶個(gè)性化需求和情境感知，做出智能的響應(yīng)，為客戶提供定制化的、按需使用的全套方案服務(wù)。現(xiàn)在很多企業(yè)都上了很多系統(tǒng)軟件，比如PLM、ERP、MES、CRM等系統(tǒng)，但系統(tǒng)與系統(tǒng)之間缺乏有效關(guān)聯(lián)，形成了一個(gè)個(gè)信息孤島。智慧服務(wù)信息系統(tǒng)高效集成研發(fā)、設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)量、制造執(zhí)行等系統(tǒng)，打通產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)整合與控制，為智能制造提供信息支持。IBM智慧供應(yīng)鏈演示程序基于IBM傳感器解決方案并整合了IBM業(yè)務(wù)流程管理軟件, 模擬了一個(gè)簡(jiǎn)化的供應(yīng)鏈環(huán)境，從創(chuàng)建訂單開(kāi)始、工廠生產(chǎn)商品打包并出庫(kù)、貨物到達(dá)地區(qū)倉(cāng)庫(kù)、貨物離開(kāi)地區(qū)倉(cāng)庫(kù)，直到貨物到達(dá)分銷(xiāo)商倉(cāng)庫(kù)，智慧供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)了全程可視化追蹤。

智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段，綠色智能的手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建一個(gè)高效節(jié)能的、綠色環(huán)保的、環(huán)境舒適的人性化工廠。“智慧工廠”的三大特征：首先是基礎(chǔ)設(shè)施高度信息互聯(lián)，包括生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器人、操作人員、物料和成品；其次是制造過(guò)程數(shù)據(jù)具備實(shí)時(shí)性，生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有平穩(wěn)的節(jié)拍和到達(dá)流，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理也具有實(shí)時(shí)性；再次是可以利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)從事數(shù)據(jù)挖掘分析，有自學(xué)習(xí)功能，還可以改善與優(yōu)化制造工藝過(guò)程。ROCKWELLAUTOMATION公司無(wú)線Power Monitor W250功率測(cè)量?jī)x，能夠多點(diǎn)監(jiān)測(cè)采集生產(chǎn)過(guò)程中特定耗能型應(yīng)用的數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)即可將能耗信息直接傳送到Rockwell Software RSenergyMetrix軟件，便于用戶直接查看能耗信息及采取相關(guān)技術(shù)措施降低能耗，這樣不但降低了網(wǎng)絡(luò)成本，還能夠更加方便采集數(shù)據(jù)。意大利Macchi公司與西門(mén)子電子產(chǎn)品公司合作推出的吹塑薄膜生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，使用一種新的無(wú)線操控面板來(lái)啟動(dòng)和控制整條生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)操作人員可根 據(jù)需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的操控和特定的控制這套操控面板包含有一顯示屏系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線(聲頻和視頻) 連接到生產(chǎn)線上，操作人員無(wú)論身處何處，都可清楚了解并且解決生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程存在的故障，及時(shí)解決故障，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

8  3D打印塑料工程的綠塑創(chuàng)新的現(xiàn)狀及展望

3D打印塑料工程是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)直接制造物體，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、差異化塑料工程。也可以說(shuō)，3D打印是新興的綠色化塑料工程，3D打印機(jī)是一種特殊的塑料復(fù)合成型加工設(shè)備。

3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。目前，應(yīng)用領(lǐng)域排名前三的是汽車(chē)、消費(fèi)產(chǎn)品和商用機(jī)器設(shè)備，分別占市場(chǎng)份額的31.7%、18.4%和11.2%。到2020年，全國(guó)3D打印機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將突破200億美元。我國(guó)3D打印機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將在100億美元左右。

“連續(xù)液面生長(zhǎng)”(Continuous Liquid Interface Production,簡(jiǎn)稱(chēng)CLIP) 3D打印技術(shù)。Inc研發(fā)的3D打印技術(shù)使得物體可以產(chǎn)生于液態(tài)介質(zhì)，而非像過(guò)去25年所使用的層層打印，它代表了3D打印的一種新方式。它使得打印即用型產(chǎn)品的速度比任何其它方法都要快25至100倍，并創(chuàng)造了前所未有的幾何體。CLIP使得一系列材料可以被用于創(chuàng)造具有新特性的3D零件，包括彈性體、聚硅酮、類(lèi)似尼龍的材料、陶瓷和生物可降解材料。它開(kāi)啟了創(chuàng)新的新領(lǐng)域，其中不僅包括健康保健和醫(yī)療，也包括其它重大行業(yè)，包括汽車(chē)和航空。CLIP在幾分鐘內(nèi)就可以完成3D聚合體打印，而非幾小時(shí)或者幾天，因此在未來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制冠狀動(dòng)脈支架成為可能。

Greg Mark的團(tuán)隊(duì)研制的3D打印機(jī)名為Mark One，使用碳纖維作為耗材，其特點(diǎn)在于，一是可使用碳纖維作為打印材料，二是使用復(fù)合材料，直接制作高強(qiáng)度的部件和工具。該機(jī)型采用雙擠出頭，可兼容碳纖維、玻璃纖維、尼龍和PLA耗材；制作實(shí)際部件時(shí)能夠選擇合適的材料，兼顧強(qiáng)度和成本。Mark One 3D打印機(jī)已經(jīng)制作出7mm x 3mm x 100mm的碳纖維部件。未來(lái)，Greg Mark和他的團(tuán)隊(duì)有望將3D技術(shù)直接運(yùn)用于賽車(chē)部件制作。

美國(guó)亞利桑那州鳳凰城的“Local汽車(chē)公司”通過(guò)3D打印技術(shù)制造的被命名為“Strati”電動(dòng)汽車(chē)，最高時(shí)速可達(dá)56公里，一次充電最遠(yuǎn)可以行駛193公里到243公里，可搭載乘客2人。黑色車(chē)身和底盤(pán)完全通過(guò)3D打印機(jī)制作完成，材料為碳纖維增強(qiáng)型塑料，只有40個(gè)零部件，建造它花費(fèi)了44個(gè)小時(shí)。傳統(tǒng)汽車(chē)零部件超過(guò)2萬(wàn)個(gè)。目標(biāo)是用完全不同的方法制作出一輛擁有少于20個(gè)零件的汽車(chē)。

自從首輛3D打印汽車(chē)誕生后，TEConnectivity公司全球首輛可以承載兩位成人騎手的重量的全功能的3D打印摩托車(chē)，除了發(fā)動(dòng)機(jī)、傳送帶、各種電子器件、制動(dòng)系統(tǒng)之外，絕大多數(shù)其它部件都是用ABS塑料3D打印而成的，其中包括輪轂軸承、車(chē)把、框架、車(chē)座等。在這些3D打印部件中，對(duì)質(zhì)量要求最高的應(yīng)當(dāng)是輪轂軸承了。TE團(tuán)隊(duì)使用Creo設(shè)計(jì)軟件精心設(shè)計(jì)出摩托車(chē)的各個(gè)部分，然后使用ANSYS進(jìn)行仿真。TE公司使用了多臺(tái)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)來(lái)打印這些設(shè)計(jì)出來(lái)的零部件，包括多款Fortus系列3D打印和一臺(tái)EOSM280。在未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)上，3D打印摩托肯定是有著很大的優(yōu)勢(shì)，環(huán)保且時(shí)尚，期待未來(lái)3D打印能給我們帶來(lái)更多的驚喜。美國(guó)舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超級(jí)跑車(chē)“刀鋒(Blade)”。該公司表示此款車(chē)由一系列鋁制“節(jié)點(diǎn)”和碳纖維管材拼插相連，輕松組裝成汽車(chē)底盤(pán)，因此更加環(huán)保。 Blade 搭載一臺(tái)可使用汽油或壓縮天然氣為燃料的雙燃料700馬力發(fā)動(dòng)機(jī)。此外由于整車(chē)質(zhì)量很輕，整車(chē)質(zhì)量?jī)H為1400磅(約合0.64噸)，從靜止加速到每小時(shí)60英里(96公里)僅用時(shí)兩秒，輕松躋身頂尖超跑行列。

歐洲將繼日本之后使用3D打印人體骨骼。荷蘭Xilloc與日本陶瓷公司Next21合作，將3D打印人骨植入技術(shù)引入歐洲。Next21通過(guò)與一些日本學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)的合作開(kāi)發(fā)了BoneFactory，為病患提供定制骨骼模型以及各種植入物的設(shè)計(jì)。

3D打印塑料工程的綠塑創(chuàng)新重點(diǎn)：

目前國(guó)內(nèi)和國(guó)際3D打印行業(yè)的差距，在技術(shù)上、在材料上、在生產(chǎn)工藝上還有不小的差距，但是機(jī)會(huì)還是在我們這邊，關(guān)鍵是我們能否將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)3D打印技術(shù)在當(dāng)前艱巨的結(jié)構(gòu)調(diào)整任務(wù)中發(fā)揮重要的引領(lǐng)作用。

1）3D打印工程復(fù)合塑料原料的綠塑創(chuàng)新。我國(guó)3D打印耗材主要依賴于國(guó)外進(jìn)口。3D打印原材料供給不足已成為制約其在我國(guó)發(fā)展的障礙之一。工程復(fù)合塑料原料是3D打印塑料工程的關(guān)鍵。努力開(kāi)發(fā)資源節(jié)約型的3D打印的生物工程復(fù)合塑料原料。我國(guó)在3D打印工程復(fù)合塑料原料的開(kāi)發(fā)方面，落后于國(guó)際同行，這對(duì)發(fā)展3D打印塑料工程是極其不利的。3D打印的生物工程復(fù)合塑料原料屬于小批量多品種的個(gè)性化原料，甚至為某一用戶特供的高端原料，這對(duì)國(guó)內(nèi)原料商傳統(tǒng)的大批量單品種生產(chǎn)的理念和模式是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

2）3D打印機(jī)的綠塑創(chuàng)新。2014年，我國(guó)進(jìn)、出口的3D打印機(jī)的兩者平均臺(tái)價(jià)位之比近15倍，出口53902臺(tái)，進(jìn)口6199臺(tái)，但出口額僅為進(jìn)口額的63.2%。說(shuō)明國(guó)內(nèi)的3D打印機(jī)的自主創(chuàng)新的綠色技術(shù)含量較低。

3D打印機(jī)一定要朝功能化、專(zhuān)業(yè)化的方向發(fā)展，如果走科技含量低的大批量、通用化方向競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，必然走向死路。國(guó)內(nèi)原始創(chuàng)新還不夠，真投入、真科研的少，投機(jī)性比較嚴(yán)重。有拿來(lái)主義思想、低水平重復(fù)性建設(shè)的多。規(guī)模效應(yīng)上差距拉大。發(fā)展觀念上落后，長(zhǎng)期沿襲傳統(tǒng)制造業(yè)的老路，生產(chǎn)設(shè)備賣(mài)設(shè)備，沒(méi)有將設(shè)備的生產(chǎn)與加工服務(wù)和應(yīng)用市場(chǎng)相結(jié)合。

3）應(yīng)用領(lǐng)域拓展。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)如果再得不到發(fā)展，未來(lái)市場(chǎng)將全部被國(guó)外企業(yè)所占據(jù)。眼下，人們對(duì)于3D打印技術(shù)是充滿熱情而又一片茫然。對(duì)這項(xiàng)技術(shù)充滿神秘感。市場(chǎng)推廣的難度很大，技術(shù)和市場(chǎng)存在脫節(jié)的問(wèn)題，應(yīng)用市場(chǎng)并沒(méi)有真正打開(kāi)。3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在應(yīng)用，一項(xiàng)新興技術(shù)的發(fā)展都必須與應(yīng)用市場(chǎng)相結(jié)合。如果我們的應(yīng)用市場(chǎng)還不能有效打開(kāi)，我們未來(lái)的道路將更為艱難。