胡曉明

摘要：本文對現(xiàn)代綠色制造和3D打印制造作了簡要的淺述，主要是引起大家的關(guān)注。在現(xiàn)代制造技術(shù)中，我們要對AMT引起足夠的重視，在能源和環(huán)境出現(xiàn)危機時，國人更應(yīng)重視綠色制造；對于3D打印制造，筆者認(rèn)為它是未來制造業(yè)的制高點，涉及到軍事、經(jīng)濟、工業(yè)等多個領(lǐng)域；是實現(xiàn)中國夢的超時代技術(shù)。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造（AMT）；綠色制造；3D打印制造

Abstract： advanced manufacturing technology and green manufacturing are introduced in the paper. The article's purpose is to cause for concern about it. Among modern manufacturing technologies ，we should attend for AMT， when energy and environment had crisis， we must focus on green manufacturing problems. For 3D print manufacturing， the writer thought it is the commanding heights of the manufacturing sector in future， It involves a number of areas of military， economic， and industry， it is the age technology to achieve the dream of Chinese.

Key words： advanced manufacturing technology； green manufacturing；3D print manufacturing.

中圖分類號：G407.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-5962（2013）05-0001-02

1 現(xiàn)代先進(jìn)制造和綠色制造

現(xiàn)代制造技術(shù)是指制造業(yè)不斷吸收機械工程技術(shù)、電子信息技術(shù)（包括微電子、光電子、計算機軟硬件、現(xiàn)代通信技術(shù)）、自動化技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備、材料、能源及現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理和售后服務(wù)以及對報廢產(chǎn)品的回收處理這樣一個制造全過程；實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)、多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力、并取得理想的技術(shù)經(jīng)濟效果的制造技術(shù)的總稱。

1.1 先進(jìn)制造技術(shù)（AMT）。

先進(jìn)制造技術(shù)（Advanced Manufacturing Technology），英文縮寫為AMT。1993年，美國政府批準(zhǔn)了由聯(lián)邦科學(xué)、工程與技術(shù)協(xié)調(diào)委員會（FCCSET）主持實施的先進(jìn)制造技術(shù)計劃（Advanced Manufacturing Technology-AMT）計劃。AMT是美國根據(jù)本國制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇，為增強制造業(yè)的競爭力和促進(jìn)國家經(jīng)濟增長，首先提出的概念。此后，歐洲各國、日本以及亞洲新興工業(yè)化國家如韓國等也相繼作出響應(yīng)。

人們往往用AMT來概括微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來的種種變化的新型系統(tǒng)。具體地說，AMT就是指集機械工程技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體所產(chǎn)生的技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。主要包括：計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、集成制造系統(tǒng)等。AMT是制造業(yè)企業(yè)取得競爭優(yōu)勢的必要條件之一，但并非充分條件，其優(yōu)勢還有賴于能充分發(fā)揮技術(shù)威力的組織管理，有賴于技術(shù)、管理和人力資源的有機協(xié)調(diào)和融合。 AMT主體技術(shù)包括兩個基本部分：

1.1.1 面向制造的設(shè)計技術(shù)群。

面向制造的設(shè)計技術(shù)群系指用于生產(chǎn)準(zhǔn)備（制造準(zhǔn)備）的工具群和技術(shù)群?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是指以電子產(chǎn)品質(zhì)量、性能、壽命、成本和價格的綜合效益最優(yōu)為目的，以電子設(shè)計自動化技術(shù)為手段，以電子技術(shù)理論知識和工藝實踐為依托，以現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)與方法為基礎(chǔ)，又好又快地滿足人類社會各領(lǐng)域?qū)﹄娮赢a(chǎn)品和系統(tǒng)需求而進(jìn)行設(shè)計所采用的各種技術(shù)的總和。這里特別一提的是可制造性設(shè)計，可制造性設(shè)計（DESIGN FORMANUFACTURABILITY）亦被各方稱為協(xié)同式或同時性工程（concurrent or simultaneous engineering）或是可生產(chǎn)性或生產(chǎn)線之設(shè)計（design for productivity or assembly）--相較于由研發(fā)工程師建立自己的設(shè)計原型（prototype），然后在未經(jīng)前線生產(chǎn)工人的意見下將之送到生產(chǎn)部門組裝線上的傳統(tǒng)制造方式來說享有非常大的優(yōu)勢。另一方面，一個可制造性團隊的成員包括設(shè)計者、制造工程師：行銷代表、財務(wù)經(jīng)理、研發(fā)人員、原料供應(yīng)商及其他計劃利益相關(guān)者（包括客戶在內(nèi)）。因為包含來自各方人士，因此也有助于加速計劃的完成并且可以避免傳統(tǒng)生產(chǎn)方式會碰到的延遲。DFM它主要是研究產(chǎn)品本身的物理特征與制造系統(tǒng)各部分之間的相互關(guān)系，并把它用于產(chǎn)品設(shè)計中，以便將整個制造系統(tǒng)融合在一起進(jìn)行總體優(yōu)化，使之更規(guī)范，以便降低成本，縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)品可制造性和工作效率。它的核心是在不影響產(chǎn)品功能的前提下，從產(chǎn)品的初步規(guī)劃到產(chǎn)品的投入生產(chǎn)的整個設(shè)計過程進(jìn)行參與，使之標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，讓設(shè)計利于生產(chǎn)及使用。減少整個產(chǎn)品的制造成本（特別是元器件和加工工藝方面）。減化工藝流程，選擇高通過率的工藝，標(biāo)準(zhǔn)元器件，選擇減少模具及工具的復(fù)雜性及其成本。

1.1.2 面向制造工藝技術(shù)群。

制造工藝技術(shù)群是指用于物質(zhì)產(chǎn)品（物理實體產(chǎn)品）生產(chǎn)的過程及設(shè)備。例如，模塑成形、鑄造、沖壓、磨削等。隨著高新技術(shù)的不斷滲入，傳統(tǒng)的制造工藝和裝備正在產(chǎn)生質(zhì)的變化。制造工藝技術(shù)群是有關(guān)加工和裝配的技術(shù)，也是制造技術(shù)或稱生產(chǎn)技術(shù)的傳統(tǒng)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)制造技術(shù)一般僅指加工制造的工藝方法，實際上只是制造全過程中的一部分；而現(xiàn)代電子制造技術(shù)貫穿了從市場預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計、物流、坐產(chǎn)管理、制造裝配、質(zhì)量保證、市場銷售、售后服務(wù)、報廢處理直至回收再利用等全過程，使整個制造過程成為集市場、產(chǎn)品、制造、環(huán)保為一體的大系統(tǒng)。一個產(chǎn)品的導(dǎo)入、一個項目的實施，工程技術(shù)只是系統(tǒng)內(nèi)需要考慮的一部分，而成本效益、社會效益、環(huán)境影響、生態(tài)平衡等都是需要綜合考慮、統(tǒng)籌兼顧的重要內(nèi)容?；诖?，從事電子制造的工程技術(shù)人員，特別是較高層次的設(shè)計管理人員，應(yīng)該具有開闊的視野、系統(tǒng)化思維和協(xié)同管理能力，從而使制造系統(tǒng)運行更優(yōu)化，組織管理模式科學(xué)化，制造過程綠色化，使經(jīng)濟效益與社會效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

傳統(tǒng)制造技術(shù)的專業(yè)、學(xué)科單一、界限分明；而先進(jìn)電子制造技術(shù)的專業(yè)、學(xué)科之間不斷滲透、交叉、融合，有些界限逐漸淡化甚至消失。這使現(xiàn)代電子制造技術(shù)趨于系統(tǒng)化、集成化，并已發(fā)展成為以機、光、電為基礎(chǔ)，信息和材料學(xué)科為支撐，集生物、管理、藝術(shù)和人文等學(xué)科技術(shù)于一體的新興交叉的現(xiàn)代高科技。例如采用多學(xué)科仿真技術(shù)，可以計算并模擬出雷達(dá)天線和波導(dǎo)的構(gòu)形對微波信號的影響情況；采用優(yōu)化技術(shù)，可以在保證微波信號滿足要求的同時，得到最優(yōu)的天線和波導(dǎo)構(gòu)形；采用快速原型制造技術(shù)，可以自動而迅速地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或?qū)嶋H零件，從而對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行快速評價、測試、改進(jìn)，以響應(yīng)市場需求。實際上，許多優(yōu)秀的有競爭力的電子產(chǎn)品的實現(xiàn)過程都是現(xiàn)代機械工程、CAD、數(shù)控、激光以及材料等技術(shù)的交叉與優(yōu)化集成的成果。迄今為止，基本沒有學(xué)校能夠設(shè)置知識面如此寬的學(xué)科專業(yè)，也很少有一個人能全面具備如此眾多的專業(yè)能力，現(xiàn)代電子制造除了需要對基礎(chǔ)知識的融會貫通和靈活應(yīng)用，更強調(diào)的是團隊精神和協(xié)調(diào)合作。

1.2 綠色化制造。

"綠色制造"（green manufacturing）是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。它使產(chǎn)品從設(shè)計、制造、運輸、使用到報廢的整個產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，使資源利用率最高、能源消耗最低。由于電子制造業(yè)發(fā)展速度越來越。陜，規(guī)模越來越大，廢棄電子產(chǎn)品越來越多，對環(huán)境影響面越來越大，因此在電子制造過程中強調(diào)綠色化越來越追切。以歐盟RoHS為起點，WEEE、EuP和REACH等法令相繼推出，在全世界掀起綠色制造的浪潮。

1.2.1 綠色設(shè)計。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計，通常主要考慮的是產(chǎn)品的基本屬性，如功能、質(zhì)量、壽命、成本等，很少考慮環(huán)境屬性。按這種方式生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，在其使用壽命結(jié)束后，回收利用率低，資源浪費嚴(yán)重，毒性物質(zhì)嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，形成一個"從搖籃到墳?zāi)?的過程。綠色設(shè)計的基本思想就是要在設(shè)計階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計之中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計目標(biāo)和出發(fā)點，力求使產(chǎn)品對環(huán)境的影響達(dá)到最小。從這一點來說，綠色設(shè)計是從可持續(xù)發(fā)展的高度審視產(chǎn)品的整個生命周期，強調(diào)在產(chǎn)品開發(fā)階段按照全生命周期的觀點進(jìn)行系統(tǒng)性的分析與評價，消除潛在的、對環(huán)境的負(fù)面影響，力求形成"從搖籃到再現(xiàn)"的過程。其與傳統(tǒng)設(shè)計的主要區(qū)別如表1所示。綠色設(shè)計主要可以通過生命周期設(shè)計、并行設(shè)計、模塊化設(shè)計等幾種方法來實現(xiàn)。

1.2.2 綠色材料選擇。

綠色產(chǎn)品首先要求構(gòu)成產(chǎn)品的材料具有綠色特性，即在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，這類材料應(yīng)有利于降低能耗，環(huán)境負(fù)荷最小。具體地說，在綠色設(shè)計時，材料選擇應(yīng)從以下幾方面來考慮。（1）減少所用材料種類使用較少的材料種類，不僅可以簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，便于零件的生產(chǎn)、管理和材料的標(biāo)識、分類，而且在相同的產(chǎn)品數(shù)量下，可以得到更多的某種回收材料。（2）選用可回收或再生材料使用可回收材料不僅可以減少資源的消耗，還可以減少原材料在提煉加工過程中對環(huán)境的污染。寶馬（BMW）公司生產(chǎn)的z1型汽車，其車身全部由塑料制成，可在2O分鐘內(nèi)從金屬底盤上拆除。車上的門、保險杠和前、后、側(cè)面的操縱板都由通用公司生產(chǎn)的可回收利用的熱塑性塑料制成。（3）選用能自然降解的材料福州塑料科學(xué)技術(shù)研究所與福建省測試技術(shù)研究所已成功研制出由可控光塑料復(fù)合添加劑生產(chǎn)的一種新型塑料薄膜。這種薄膜在使用后的一定時間內(nèi)即可降解成碎片，溶解在土壤中被微生物吃掉，從而起到凈化環(huán)境的作用。（4）選用無毒材料在汽車和電子工業(yè)中，最常用的是含鉛和錫的焊料。但是鉛的毒性極大，所以近年來，已經(jīng)在油漆、汽油和其他諸多產(chǎn)品中限制或禁止使用它。

1.2.3 清潔生產(chǎn)。

相對于真正的清潔生產(chǎn)技術(shù)而言，這里所提到的清潔生產(chǎn)僅僅指生產(chǎn)加工過程。在這一環(huán)節(jié)，要想為綠色制造做出貢獻(xiàn)，需從綠色制造工藝技術(shù)、綠色制造工藝設(shè)備與裝備等人手。在實質(zhì)性的機械加工中，在鑄造、鍛造沖壓、焊接、熱處理、表面保護等過程中都可以實行綠色制造工藝。具體可以從以下幾方面人手：改進(jìn)工藝，提高產(chǎn)品合格率；采用合理工藝，簡化產(chǎn)品加工流程，減少加工工序，謀求生產(chǎn)過程的廢料最少化，避免不安全因素；減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染物排放，如減少切削液的使用等。目前多通過干式切削技術(shù)來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

1.2.4 綠色包裝和處理技術(shù)。

綠色包裝是指采用對環(huán)境和人體無污染，可回收重用或可再生的包裝材料及其制品的包裝。首先必須盡可能簡化產(chǎn)品包裝，避免過度包裝；使包裝可以多次重復(fù)使用或便于回收，且不會產(chǎn)生二次污染。如在摩托羅拉的標(biāo)準(zhǔn)包裝盒項目方面，其做法是縮小包裝盒尺寸，提高包裝盒利用率，并采用再生紙漿內(nèi)包裝取代原木漿，進(jìn)而提高經(jīng)濟效益。在傳統(tǒng)的觀念中，產(chǎn)品壽命結(jié)束后，就再也沒有使用價值了。在綠色制造中，通過綠色處理技術(shù)，如果將廢棄的產(chǎn)品中有用的部分再合理地利用起來，既能節(jié)約資源，又可有效的保護環(huán)境，這也正是有些文獻(xiàn)中所提到的綠色產(chǎn)品的可回收性及可拆卸性設(shè)計問題兒。如此一來，整個制造過程也會形成一個閉環(huán)的系統(tǒng).最能有效減輕對環(huán)境的危害，這也正是與傳統(tǒng)制造過程開環(huán)特性最不同的一點。

1.2.5 綠色制造全球化。

綠色制造的全球化特征體現(xiàn)在許多方面，例如：（1） 制造業(yè)對環(huán)境的影響往往是超越空間的，人類需要團結(jié)起來，保護我們共同擁有的唯一的地球。（2） ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)出臺為綠色制造的全球化研究和應(yīng)用奠定了很好的基礎(chǔ)，但一些標(biāo)準(zhǔn)尚需進(jìn)一步完 善，許多標(biāo)準(zhǔn)還有待于研究和制定。 （3） 隨著近年來全球化市場的形成，綠色產(chǎn)品的市場競爭將是全球化的。（4） 近年來許多國家要求進(jìn)口產(chǎn)品要進(jìn)行綠色性認(rèn)定，要有"綠色標(biāo)志"。特別是有些國家以保護本國環(huán)境為 由，制定了極為苛刻的產(chǎn)品環(huán)境指標(biāo)來限制國際產(chǎn)品進(jìn)入本國市場，即設(shè)置"綠色貿(mào)易壁壘"。綠色制造將為我國 企業(yè)提高產(chǎn)品綠色性提供技術(shù)手段，從而為我國企業(yè)消除國際貿(mào)易壁壘進(jìn)入國際市場提供有力的支撐。這也從另外 一個角度說明了全球化的特點。 綠色制造的研究和實施需要全社會的共同努力和參與，以建立綠色制造所必需的社會支撐系統(tǒng)。無論是綠色制造涉及的立法和行政規(guī)定以及需要制定的經(jīng)濟政策，還是綠色制造所需要建立的企業(yè)、產(chǎn)品、用戶三者之間新型的集成關(guān)系，均是十分復(fù)雜的問題，其中又包含大量的相關(guān)技術(shù)問題，均有待于深入研究，以形成綠色制造所需要的社會支撐系統(tǒng)。這些也是綠色制造今后研究內(nèi)容的重要組成部分。

總之，AMT創(chuàng)新應(yīng)關(guān)注下一代智能制造單元與設(shè)備； 適用于快速而有效地設(shè)計新產(chǎn)品、工藝、設(shè)備及企業(yè)集成化設(shè)計工具； 確保企業(yè)能廣泛了解和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)而進(jìn)行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

在綠色制造方面，無鉛化首當(dāng)其沖，但迄今尚未找到理想的解決方案；"無鹵"又掀起波瀾。綠色化是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志，也是人類科學(xué)發(fā)展之路的必然歸宿。

2 超時代的3D打印制造技術(shù)

3D打印制造是制造模式的一次"革命"。3D打印作為一種新的加工工藝，將改變第二次工業(yè)革命產(chǎn)生的以裝配生產(chǎn)線為代表的大規(guī)模生產(chǎn)方式，使產(chǎn)品生產(chǎn)向個性化、定制化轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)生產(chǎn)方式的根本變革。3D打印機的推廣應(yīng)用將減少產(chǎn)品推向市場的時間，產(chǎn)品用戶只要簡單

下載設(shè)計圖在數(shù)小時內(nèi)通過3D打印將產(chǎn)品"打印"出來，從而不需要大規(guī)模生產(chǎn)線，不需要庫存大量的零部件，不需要大量的工人。

2.1 3D打印技術(shù)。

3D打印機誕生于20世紀(jì)80年代中期，是由美國科學(xué)家最早發(fā)明的。3D打印機是指利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出真實三維物體的一種設(shè)備，其基本原理是利用特殊的耗材（膠水、樹脂或粉末等）按照由電腦預(yù)先設(shè)計好的三維立體模型，通過黏結(jié)劑的沉積將每層粉末黏結(jié)成型，最終打印出3D實體。3D打印過程可分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑特殊的膠水，然后均勻噴灑粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)，重復(fù)這一過程直到實體模型被"打印"成型。由于其分層加工的過程與噴墨打印機十分相似，所以被稱為"打印技術(shù)"。3D打印技術(shù)是實現(xiàn)加式制造的一種方式。加式制造的主要特征就是利用逐層增加材料的方式生產(chǎn)各種產(chǎn)品，無須模具，因此也被稱為無形制造技術(shù)（Freeform Fabrication，簡稱FF或FFF）?，F(xiàn)代加式制造技術(shù)直接起步于1968年Swainson的專利、1972年Ciraud的專利和1979年Housholder的專利，分別開創(chuàng)了激光三維聚合成型、直接粉末沉積和粉末激光燒結(jié)等加式制造技術(shù)。一般認(rèn)為，1972年德國人Ciraud提出的利用激光能量光束進(jìn)行粉末沉積，實現(xiàn)分層疊加成型的技術(shù)，是世界上第一個成功的現(xiàn)代加式制造過程。從上世紀(jì)80年代起，各種各樣的加式制造技術(shù)大量出現(xiàn)，并在許多領(lǐng)域里進(jìn)行了創(chuàng)造性的應(yīng)用，形成今天的加式制造，特別是3D打印技術(shù)的新局面。

2.2 3D打印技術(shù)的未來。

未來5-10年，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步及市場需求的擴大，3D打印機將呈現(xiàn)三個方面的發(fā)展趨勢：一是3D打印速度和效率將不斷提升。隨著開拓并行、多材料制造工藝方法的采用，打印速度和效率有望獲得更大提升；二是3D打印材料更加多樣化。隨著先進(jìn)材料的不斷發(fā)展，智能材料、納米材料、新型聚合材料、合成生物材料等將成為3D打印材料；三是3D打印機價格大幅下降。一些較小規(guī)模的3D打印機制造商已經(jīng)開始推出一萬美元以下的3D打印機。隨著技術(shù)進(jìn)步及推廣應(yīng)用，3D打印機的價格有望大幅下降。四是3D打印機應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。3D打印機誕生后，早期主要用于航空航天、機械、醫(yī)療、建筑等行業(yè)的模型制作。隨著其進(jìn)一步走向成熟，3D打印機已開始用來制造汽車、飛機等高科技含量零部件、皮膚、骨骼等活體組織。專家預(yù)計，在不久的將來，從鞋、眼鏡到廚房用具、汽車等各種產(chǎn)品都可以用3D打印機生產(chǎn)出來。3D打印技術(shù)是一種新興的高科技技術(shù)，綜合應(yīng)用了CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、光化學(xué)以及材料科學(xué)等諸多方面的技術(shù)和知識，3D打印技術(shù)的不斷成熟將推動包括新材料技術(shù)、智能制造技術(shù)和堆積制造技術(shù)實現(xiàn)大的飛躍。

先進(jìn)制造技術(shù)是面向全球競爭的，目前每一國家都處于全球化市場中。一個國家的先進(jìn)制造技術(shù)是支持該國制造業(yè)在全球范圍市場的競爭力。因此，先進(jìn)制造技術(shù)的主體應(yīng)具有世界水平。但是，每個國家的國情也將影響到從現(xiàn)有的制造技術(shù)水平向先進(jìn)制造技術(shù)的過渡戰(zhàn)略和措施。我國正在以前所未有的速度進(jìn)入全球化的國際市場，開發(fā)和應(yīng)用適合國情的先進(jìn)制造技術(shù)和3D打印制造勢在必行。

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