增材制造入选2800亿美元的《芯片和科学法案

  2022年7月27日，美国众议院以 243 票对 187 票通过了价值 2800 亿美元的《芯片和科学法案》，以加强美国的科学技术创新，美国国家科学基金会（NSF）和其他研究机构可能会获得大量资金。这份《芯片与科学法案》是由三项法案合并而成的一个案：A 部分是“2022年CHIPS 法案”；B部分是《研发、竞争和创新法》；C 部分是“2022 年最高法院安全资金法案”。其中A和B部分最为关键。

  南极熊发现，在这个案中，除了芯片、半导体、人工智能等领域，还包括了3D打印。

  在第10358节 “制造研究修正案”中，更新符合NSF先进制造业资助条件的技术领域列表研究计划，包括增材制造和连续制造。增材制造，包括新材料设计、复杂材料、高速3D打印技术和实时过程控制。

  《3D打印竞争法案》2022年4月10日，南极熊获悉，美国3D打印联盟(AM Coalition)向美国国会提交了一份 (COMPETES)竞争法案，核心内容是保持3D打印在“制造业和重塑美国经济”的地位，涵盖了广泛的领域，包括半导体生产、支撑供应链以及与3D打印行业相关的教育和人才教育培训计划。该法案于2月4日在参议院获得通过。

  AM Coalitio请求进一步支持改进两个关键领域：增材制造的人才发展，以及对电子科技类产品微纳米级3D打印资助。该法案的发起人是国会女议员Eddie Bernice Johnson，以及众议院科学、空间和技术委员会的共和党高级成员、众议员Frank Lucas。

  3D打印电子科技类产品的进展其中除了人才发展，南极熊还看到了呼吁电子领域对3D打印技术的资助和开发。虽然该行业仍处于商业化的早期阶段，但3D打印电子科技类产品正在吸引慢慢的变多的研发和投资者兴趣。创新者之一NextFlex，一个致力于推动美国柔性混合电子科技类产品生产的投资机构，它刚刚向专注于柔性电子科技类产品研发的项目拨款1700万美元，例如3D打印射频(RF)和高超音速飞行（可用于军工中的导弹产品）的相关部件。

  在其他地方，苏黎世联邦理工学院付出出来的公司Scrona AG获得了960万美元资助，用于开发高分辨率电子3D打印技术。而Nano Dimension和传感器专家HENSOLDT共同创立了价值600万美元的JAMES合资企业，专注于推进3D打印设计师在电子科技类产品研发。

  最近在机器人电子3D打印技术、不规则形状电子设备，和零重力条件下的3D打印电子设备方面也取得了相关进展。

  加强3D打印电子科技类产品投资4月1日，3D打印联盟向国会提出的竞争法案中，请求他们支持推进该法案，特别是在微纳米级电子3D打印方面。

  该法案强调了在Covid-19期间出现的半导体严重短缺问题，并请求国会“不仅为传统制造技术提供资金，还为可以制造电路和芯片的美国企业来提供资金。” 具体来说，AM Coalition已请求国会在竞争法案中为包括3D打印在内的创新制造技术，拨出至少5%的资金用于国内半导体生产。

  该联盟提醒道：“虽然我们在这些法案中支持对半导体行业的投资，但重要的是不要将我们所有”鸡蛋“都放在传统制造业的一个篮子里。帮助扩大这些3D打印技术的少量投资，能够在一定程度上促进美国全新产业的发展。”它还指出，其他几个国家正在积极投资3D打印技术用于电子科技类产品的开发，如果美国现在不效仿，未来可能会存在落后。

  △一组集成电路板；Scrona的技术能够3D打印从PCB到高分辨率显示器的任何东西

  加强3D打印人才发展AM Coalition还请国会支持进一步的3D打印人才发展计划，以使增材制造在美国的所有领域得到更广泛的应用。美国目前“大大落后于”亚洲和欧洲的人才发展，并敦促教育组织积极对此投资，说是“至关的重要”。

  该联盟正在呼吁为大学、社区学院和非营利培训组织提供更多资金，以使他们可以获得工业规模的3D打印机和相关后期处理的培训，并在全国范围内开展更多与3D打印相关的项目。美国3D打印竞争法案.pdf 下载AM Coalition“通过该法案不仅将促进科学技术和stem项目的拓展，同时将促进关键领域的发展来重塑美国经济。”

  2022年5月7日，南极熊获悉，美国拜登政府颁布了加速开发3D打印技术的计划 (AM Forward) ，美国大型设备制造商(OEM)将全面支持中小型企业(SME)使用3D打印技术，帮他们提升工业制造能力和解决供应链问题。这些大型制造商包括GE（通用电气）、Lockheed（洛克希德）、Raytheon（雷神）、siemens Energy（西门子能源）、Honeywell（霍尼韦尔）以及Northrup Grumman（诺斯鲁普格鲁曼）。同时该计划对所有OEM制造商开放，只要他们支持并采用3D打印技术。

  △美国总统拜登宣布“增材制造前沿 (AM Forward) 计划”。图片来源于NBC

  增材制造，通常被称为3D打印。该技术被用于直接从数字模型构建零件。它可用于多种材料，包括塑料和金属等。该方法消除了零件设计师在使用传统生产的基本工艺（如机械加工、铸造或其他成型工艺）时通常面临的一些设计限制。可以制造带有埋孔或弯曲通道的零件，这是传统加工无法制造的。

  3D打印在过去十年中取得了巨大进步，已经在大型工业制造中崭露头角。像GE Aviation这样的大型3D打印制造商已经真正接受了它，用它来制造如LEAP发动机（在波音737 MAX 和空中客车A320系列上使用）和低压涡轮叶片的燃料喷嘴。

  △GE Aviation利用3D打印技术生产的燃料喷嘴。图片来源于通用电气

  同时，一些公司已采用3D打印来生产铸件，但许多中小企业采用它的速度很慢。因为投资新的3D打印机和软件的开发，需要承受一定的债务和财务风险，让许多中小企业想尝试但又不敢冒险。另一层原因是，这一些企业也不一定具备安装和使用增材制造工具的技术能力。

  以上就是拜登政府推出AM Forward计划的核心原因。政府牵线为大型OEM与其它供应商之间达成“公共契约”互助，旨在投资研发新的3D打印设备、培养专业人才、提供技术援助并同意参与标准制定。最重要的是，大型3D打印制造商将提供采购“需求信号”，刺激中小企业发展。通用航空表示，其增材制造零件外部采购总额30%将针对美国中小企业，雷神科技为50%，同样，西门子能源增材制造零部件采购为20-40%。

  1.通用航空将针对中小型供应商，在使用3D打印或有关技术方面展开合作（50%的产品报价需求），并将从美国中小企业供应商采购30%的增材制造零件；

  2.雷神公司将寻求中小企业制造商，参与超过 50% 的增材制造产品的报价请求；还将简化和加速增材制造零件的采购过程；

  3.西门子能源的目标是从美国供应商与合作伙伴处采购20-40%的增材制造零件和服务。它将与10-20家美国中小企业供应商合作，以帮助提高他们的增材制造能力。还将对10-20家中小企业供应商进行检测验证和后处理相关实践培训等。

  4.洛克希德马丁公司将与SME供应商合作，开展提高增材制造性能的研究，将重点研发铸件和锻件工艺的替代品。同时，还将进一步参与大学培养3D打印人才，包括课程和学徒制开发；

  5、霍尼韦尔同样会扶持美国的中小企业供应商发展，需求3D打印或有关技术的产品、机械、制造工具或工艺开发等报价。它还将为其中小企业供应商提供零件设计、数据生成、机器操作、后处理、零件检查/质量管理方面的技术援助。

  为了进一步支持AM Forward政策，拜登政府还颁布了一系列政府扶持计划，美国中小企业制造商可通过这些政策，来获取增材制造并提高核心竞争力。它们包括：

  1、 为中小企业制造商提供融资渠道：通过减少相关成本来支持3D打印设备的安装。未解决这个问题，美国农业部将向农村制造商提供商业和工业计划，以支持购买新的3D打印设备，以及提高技工所需的培训。进出口银行计划帮助中小企业升级其现有的生产设备。小企业管理局将与AM Forward的参与者合作，研究504贷款计划和小企业投资公司(SBIC)计划；

  2、 向中小企业制造商提供来自政府和3D打印设备制造商的技术援助：中小企业制造商已经注意到技术援助的必要性，可以最大限度地利用3D打印机等技术优势。

  为了支持AM Forward计划，能源部将在橡树岭国家实验室提供制造示范基地，供中小企业制造商测试新的3D打印技术。国防部(DOD)将使用其导师保护计划，为大型OEM公司可以提供各方面的补偿。同时，美国国防部制造技术计划办公室将与美国制造(美国国防部赞助的制造创新研究所)和AM Forward成员一起进行合作；

  3、 投资增材制造人才教育培训：为了充分受益于增材制造的能力，中小企业制造商必须对他们的员工做不同程度的培训，提高工人的专业技能。因此，美国制造将与AM Forward参与者一起开发3D打印人才培训课程，并将与美国劳工部一起启动增材制造学徒计划；

  4、 制定行业标准：最后，由于3D打印需要不同的标准和工艺认证，美国商务部将通过美国国家标准与技术研究院(NIST)将统一制定标准，以克服普遍的使用金属基材料时所带来的阻碍。计划与ASTM国际、国际标准化组织(ISO)、美国机械工程师协会(ASME)和其他机构领导标准制定，将这些下发给AM Forward参与者标准机构。

  拜登政府还鼓励国会通过《两党创新法案》，同时，白宫在当天发表的声明中表示:“AM Forward将通过采用增材制造技术，提高美国中小制造企业的竞争力，创造并维持高薪制造业工作岗位，提高供应链的韧性，以此来降低美国家庭的成本。”

  近几年，我国中央及地方政府相继推出了一系列针对增材制造技术和产业的支持政策，增材制造产业也得到了加快速度进行发展，根据中国增材制造产业联盟的数据，2021年我国增材制造企业营收约为265亿元，近四年的平均增长率30%，较全球年均复合增长率20.4%高出10个百分点。

  国家统计局的多个方面数据显示：“中国增材制造规模以上企业由2016年的20余家增加至2021年的100余家，营收超过1亿的公司数已超过40家。”

  然而在中国超过30万亿元的制造业中，增材制造仍然是沧海一粟，虽然增材制造的优势逐渐显现出来，但还有巨大的潜力未被挖掘，这个产业依然要比较长的时间去发展，也需要更大的支持力度。

  同时，中美两国的制造业存在一定的差异，恰好最近在南极熊的社群中，进行这方面的讨论，有熊友发表了自己的观点，也是从业者多年来的一些感慨。