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地方3D打印技术协同创新能力发展研究报告
- 2019-08-06 -

地方3D打印技术协同创新能力发展研究报告

 

作者:陈珂君 马东俊 李鑫铖 邵慧娟   新乡学院

本文刊载于《新材料产业》2018年第10

 

2013年,德国提出了以“智能生产”为主题的“工业4.0”计划,世界各国的工业生产开启了数字化、智能化、网络化时代。3D打印技术,是以数字模型为基础,通过断层扫描,将材料逐层叠加,制造出三维实体的新兴制造技术,因而又称增材制造技术,由于打破了传统成型制造技术,在定制化、个性化以及形状复杂化领域具有巨大的发展空间,因而被称为第3次工业革命的重要标志。

2015年,我国制定了《中国制造2025》,对以新一代信息技术、智能制造、增材制造、新材料等新兴产业为代表的制造强国战略进行全面部署,加快转变我国制造业“大而不强”的被动局面。同年,我国推出了《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,对进一步推进增材制造产业建设进行战略规划。“十三五”以来,随着大数据、云计算“互联网+”等模式的迅速兴起,增材制造技术得到了更加广泛的关注和应用。3D打印作为先进制造业的重要组成部分,是《中国制造2025》的重点发展领域。为引导增材制造产业向快速可持续发展的道路深入迈进,201711月,国家制定了《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》。作为国家创新型战略性产业,应根据新时代发展需求研究发展路径,广泛开展协同创新,探索新形势下产业发展新业态、新模式,为促进3D打印产业发展提供可参考依据。

一、协同创新的内涵

协同创新是以企业、高校、科研院所等基本创新主体为核心要素,在市场经济主导下,通过政府、中介组织、金融机构、创新平台等深度合作,充分释放人才、信息、技术、资本,共同开展科技研发,对创新体系中的知识、技术、体制等创新元素进行结合与互动,形成优势互补、互利共赢的网络创新模式。在这种合作模式下,能够充分集中各方的优势力量,整合核心信息资源,加快优质成果的产出,促进产业链的融会贯通。我国新兴的3D打印技术采用协同创新模式,将非常有利于产业的发展。

二、3D 打印产业发展现状

近年来,随着全球信息化时代的快速发展,以云计算、大数据、“互联网+”和3D打印为主流的先进技术受到全世界的广泛关注,全球市场规模呈井喷趋势持续壮大,3D打印技术已经不仅仅局限于国家军事战略研究、航空航天、大型机械设备等与人们日常生活相距甚远的关键核心领域,而开始出现在如牙齿、骨骼、器官等生物医药以及个性化、定制化产品等能够让大众真切感受的、普及性广的大众视野中。共享经济时代的来临已经模糊了产业间的界限,打开了禁锢创新发展的枷锁,不论是发达国家还是发展中国家,不论是占据全球市场份额近1/4的龙头企业Stratasys3DSystem公司,还是德国等依据技术优势的欧盟国家,又或是发展中国家的一些中小企业,纷纷参与到全球制造产业的再分工中。

目前,我国的3D打印技术处于领先水平的高校有清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学、西北工业大学、华中科技大学等,通过与企业合作,实现3D打印设备与材料研发成果的技术转化。国内的3D打印企业主要集中在新型3D打印设备制造、服务运营平台等方面,规模效益较好的企业有湖南华曙高科技有限责任公司、武汉滨湖机电技术产业有限公司等。然而我国的3D打印产业较之欧美国家,仍处于产业化发展的初级阶段,产业化程度不高、缺乏统筹规划、合理有效的产业链布局。

三、3D 打印产业发展存在的问题

1. 协同创新产业发展实力不强

发展是解决一切问题的基础和关键,创新是引领发展的第一动力,“十九大”报告提出坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念,排在首位的就是“创新”。当前的科技创新主要来自于高校、科研院所的科研创新、企业的技术研发。我国每年产出的众多高水平科研成果中,仅有30%转化为经济效益,并且主要来自于实力较强的高等院校与企业的合作研发以及大中型企业特别是国有企业依靠自身技术积累和研发团队。实力雄厚的企业基于合作研发周期、利益最大化等因素的考虑,并不十分依赖高校的基础研发实力。一些高新企业、中小型科技创新企业由于自身实力薄弱,缺乏对关键核心技术、研发资源等的把控,因而更希望与高校、地方政府等机构开展产学研合作,推进成果转化、技术创新,从而实现经济效益的增长。而大多数科研院所和高校过于看重与职称评审息息相关的研究课题和学术论文,导致没有更多精力来承担来自企业和市场需求的横向课题,只能开展如技术转让、合作开发等短期合作,缺乏技术联盟等高层次、长期稳定的深度合作。这种现象虽然随着国家科技体制的改革有所转变,但是改革成效在一些缺乏知名高校科技创新引领支撑的省份来说并不十分显著,政府、企业、高校之间的协同创新发展实力还需要进一步加强。

2. 人才培养体系建设不完善

3D打印技术属于高技术领域,代表了未来智能制造的发展方向,每年的研发投入很大,其中最大成本来源于人工智力,依靠技术创新,是实现产业发展的最重要途径。3D打印属于先进制造业的高技术领域,集新型材料、打印工艺、材料成型及控制工艺、软件开发等众多学科交叉融合,与产品开发的短周期需求相关,目前国家对3D打印相关专业人才的缺口巨大,高校作为培养专业技术人才的重要标地,相比科研院所和职业技术学校具有综合性强,学科专业齐全的优势,需要发挥市场导向作用,积极培育市场需求广、专业化程度高的复合型技术技能人才。目前我国高等院校开设3D打印相关专业的普及程度不高,职业技术院校在人才培养层次上侧重技术操作、市场销售等方面,并未涉及到关键技术的研发与应用。而目前对掌握3D打印技术,能够解决技术难题这些中高端专业技术人才,依然是供不应求。将3D打印产业链融会贯通的关键环节在于高校3D打印专业人才的培养。

3. 市场技术发展标准有待健全

技术标准的建立标志着产业的成熟,有助于行业的发展。国家发布了3D打印行业的《国家增材制造产业发推进计划(2015-2016)》和《中国制造2025》,展现了国家对3D打印产业的决心,促进中国制造水平的提升,可以有效推进个性化定制和特种装备的生产和发展,在3D打印、工业机器人等方面的新技术和新装备的运用和发展。目前来看,在军事工业、航空工业、医疗领域等方面技术还在快速发展阶段,技术主要体现在功能的差异化发展和应用的创新方面,行业标准并没有完全形成,在技术指标方面缺乏指向性的引导,所以产业发展的前景还并不明确,企业外部环境面临着较大的不稳定性。

四、地方3D 打印技术产业发展路径探讨

1. 实行联合共建机制

政府、企业、高校之间实行联合共建研发机制,通过政府引导,市场主导,搭建科研创新平台。积极争取政府部门的政策支持,通过政府沟通协调集中力量引进一批名校、名企与高校联合开展技术攻关,将重心转移到具有核心竞争力的关键技术问题上,成立3D打印技术联盟,设立校企共建实验室,依托名校强大的技术支撑带动地方高校科研水平的提升,依托名企雄厚的资金保障带动地方高校研发条件的提高,以科技金融制度的创新来规范合作各方行为,建立资源共享机制,搭建多层次全方位长期稳定的合作关系,建立长效监督机制,推进政产学研用协同创新。

2. 提升高校人才供给侧质量

按照国家关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见,地方本科院校要抓住新产业、新业态和新技术发展机遇,以培养应用型人才为核心实施转型发展,建立紧密对接产业链、创新链的专业体系,设立复合型新专业,进一步提高复合型技术技能人才培养比例。2016年以来,基于“新工科”视角的工程教育被提升至新的高度,强调新产业下的技术创新和新专业建设,要求新工科教育对“互联网+”《中国制造2025》等国家重大战略做出积极响应,主动承担解决“十九”大后新时代的重大需求问题。

1)开展3D 打印学科专业建设

3D打印技术的迅速兴起导致3D打印专业人才的巨大缺口,应当鼓励地方有条件的一些本科高校积极申报设立3D打印新专业或学科方向,明确提出培养3D打印专业人才,加大3D打印专业人才培养体系的构建,开展多学科协同合作,建设一批具有广泛影响力的3D打印精品课程和网络在线开放课程,实现优质资源的开放共享,提升3D打印专业建设影响力。

2)强化3D 打印教师队伍建设

积极引进3D打印专业技术带头人,引领专业团队方向,通过开展教师到3D打印专业建设突出的高校访学、到3D打印企业挂职锻炼等形式,将从相近学科“半路出家”的非专业教师转变为3D打印专业教师,建设一支综合水平高、专业能力强的3D打印“双师双能型”教师队伍。

3)重视3D 打印学生实践能力锻炼

加强3D打印实践教学基地建设,以服务地方产业,对接行业,胜任职业为目标,突出学生在3D打印技术方面的实践能力的训练,着重培养以3D打印技术为主的复合型专业技术人才。将企业的高级技术人员聘请到高校中开展专业技能培训,将企业生产的关键步骤微缩到实践教学环节,注重学生解决实际研发、生产中问题能力的培养,为3D打印企业“量身定做”所需的专门人才。

4)尝试建立行业标准

充分利用高校在3D打印技术发展中的研究能力和资源,加强政产学研用的结合,推进协同创新,在结合企业行业关键共性问题,开展专题性研究,根据相关领域的研发成果,制定适合生产实际的3D打印技术标准,规范行业的发展。

3. 以市场为导向培育地方特色

3D打印产业链上游是研发技术的科研院所和3D打印企业,以研发技术为代表,对3D打印材料、制控技术、软件技术、信息技术等关键环节进行顶层设计。3D打印中游是连接上游企业和下游市场的第三方服务平台,如电子商务平台和服务商网络,还包括一些为上游企业和下游市场提供辅助的平台机构,如第三方质量检测、数据安全和产权保护机制等。3D打印产业链的下游是包括各类消费产品的3D打印市场。地方3D打印产业发展要结合地方实际情况和自身优势,科学分析地方所在区域的产业发展形势,充分结合“互联网+”,找准产业发展定位,抢抓机遇,形成3D打印区域特色。

五、结语

地方3D打印技术协同创新能力的提升,需要高校、企业资源的不断注入,建立一种有效机制对地方政府、高校、3D打印企业的合作进行监督,需要高校培养出符合3D打印企业需求的专业技术人才来提供源源不断的智力支持。地方3D打印产业发展需要3D打印产业链各个环节的融会贯通,以及围绕地方实际实施重点发展,形成区域特色,实现合作共赢。(DOI10.19599/j.issn.1008-892x.2018.10.012

 

致谢:感谢基金项目“新乡市软科学研究计划项目(RKX2017010)”的支持。