近些年，美国通过智慧产业革命全面拉抬了制造业的整体效率，并且已经取代中国成为制造业超级大国。美国用工下跌了28%，但是效率却大幅提升，相比之下中国人工越来越贵，而效率却鲜见提升。这指明了制造业发展过程中的一个重要出路便是引入智慧产业，优化每个生产节点，提升局部和整体利润。

“智慧服务”是一种人、机、物协同制造模式，在互联网、物联网、内容/知识网、人际网和先进制造技术等的支持下，将各种制造资源连接在一起形成统一的资源池，然后根据客户个性化需求和情境感知，做出智能的响应，为客户提供定制化的、按需使用的全套方案服务。现在很多企业都上了很多系统软件，比如PLM、ERP、MES、CRM等系统，但系统与系统之间缺乏有效关联，形成了一个个信息孤岛。智慧服务信息系统高效集成研发、设计、工艺、质量、制造执行等系统，打通产品生命周期的各个环节，实现各类数据实时整合与控制，为智能制造提供信息支持。IBM智慧供应链演示程序基于IBM传感器解决方案并整合了IBM业务流程管理软件, 模拟了一个简化的供应链环境，从创建订单开始、工厂生产商品打包并出库、货物到达地区仓库、货物离开地区仓库，直到货物到达分销商仓库，智慧供应链实现了全程可视化追踪。

智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段，绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体，构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。“智慧工厂”的三大特征：首先是基础设施高度信息互联，包括生产设备、机器人、操作人员、物料和成品；其次是制造过程数据具备实时性，生产数据具有平稳的节拍和到达流，数据的存储与处理也具有实时性；再次是可以利用存储的数据从事数据挖掘分析，有自学习功能，还可以改善与优化制造工艺过程。ROCKWELLAUTOMATION公司无线Power Monitor W250功率测量仪，能够多点监测采集生产过程中特定耗能型应用的数据，自动生成的无线网络即可将能耗信息直接传送到Rockwell Software RSenergyMetrix软件，便于用户直接查看能耗信息及采取相关技术措施降低能耗，这样不但降低了网络成本，还能够更加方便采集数据。意大利Macchi公司与西门子电子产品公司合作推出的吹塑薄膜生产线的控制系统，使用一种新的无线操控面板来启动和控制整条生产线的运转，生产操作人员可根 据需要进行简单的操控和特定的控制这套操控面板包含有一显示屏系统，通过无线(声频和视频) 连接到生产线上，操作人员无论身处何处，都可清楚了解并且解决生产线运转过程存在的故障，及时解决故障，提高运转效率。

8  3D打印塑料工程的绿塑创新的现状及展望

3D打印塑料工程是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来直接制造物体，实现个性化、差异化塑料工程。也可以说，3D打印是新兴的绿色化塑料工程，3D打印机是一种特殊的塑料复合成型加工设备。

3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。目前，应用领域排名前三的是汽车、消费产品和商用机器设备，分别占市场份额的31.7%、18.4%和11.2%。到2020年，全国3D打印机市场规模将突破200亿美元。我国3D打印机市场规模将在100亿美元左右。

“连续液面生长”(Continuous Liquid Interface Production,简称CLIP) 3D打印技术。Inc研发的3D打印技术使得物体可以产生于液态介质，而非像过去25年所使用的层层打印，它代表了3D打印的一种新方式。它使得打印即用型产品的速度比任何其它方法都要快25至100倍，并创造了前所未有的几何体。CLIP使得一系列材料可以被用于创造具有新特性的3D零件，包括弹性体、聚硅酮、类似尼龙的材料、陶瓷和生物可降解材料。它开启了创新的新领域，其中不仅包括健康保健和医疗，也包括其它重大行业，包括汽车和航空。CLIP在几分钟内就可以完成3D聚合体打印，而非几小时或者几天，因此在未来实现个性化定制冠状动脉支架成为可能。

Greg Mark的团队研制的3D打印机名为Mark One，使用碳纤维作为耗材，其特点在于，一是可使用碳纤维作为打印材料，二是使用复合材料，直接制作高强度的部件和工具。该机型采用双挤出头，可兼容碳纤维、玻璃纤维、尼龙和PLA耗材；制作实际部件时能够选择合适的材料，兼顾强度和成本。Mark One 3D打印机已经制作出7mm x 3mm x 100mm的碳纤维部件。未来，Greg Mark和他的团队有望将3D技术直接运用于赛车部件制作。

美国亚利桑那州凤凰城的“Local汽车公司”通过3D打印技术制造的被命名为“Strati”电动汽车，最高时速可达56公里，一次充电最远可以行驶193公里到243公里，可搭载乘客2人。黑色车身和底盘完全通过3D打印机制作完成，材料为碳纤维增强型塑料，只有40个零部件，建造它花费了44个小时。传统汽车零部件超过2万个。目标是用完全不同的方法制作出一辆拥有少于20个零件的汽车。

自从首辆3D打印汽车诞生后，TEConnectivity公司全球首辆可以承载两位成人骑手的重量的全功能的3D打印摩托车，除了发动机、传送带、各种电子器件、制动系统之外，绝大多数其它部件都是用ABS塑料3D打印而成的，其中包括轮毂轴承、车把、框架、车座等。在这些3D打印部件中，对质量要求最高的应当是轮毂轴承了。TE团队使用Creo设计软件精心设计出摩托车的各个部分，然后使用ANSYS进行仿真。TE公司使用了多台工业级3D打印机来打印这些设计出来的零部件，包括多款Fortus系列3D打印和一台EOSM280。在未来发展趋势上，3D打印摩托肯定是有着很大的优势，环保且时尚，期待未来3D打印能给我们带来更多的惊喜。美国旧金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超级跑车“刀锋(Blade)”。该公司表示此款车由一系列铝制“节点”和碳纤维管材拼插相连，轻松组装成汽车底盘，因此更加环保。 Blade 搭载一台可使用汽油或压缩天然气为燃料的双燃料700马力发动机。此外由于整车质量很轻，整车质量仅为1400磅(约合0.64吨)，从静止加速到每小时60英里(96公里)仅用时两秒，轻松跻身顶尖超跑行列。

欧洲将继日本之后使用3D打印人体骨骼。荷兰Xilloc与日本陶瓷公司Next21合作，将3D打印人骨植入技术引入欧洲。Next21通过与一些日本学术和研究机构的合作开发了BoneFactory，为病患提供定制骨骼模型以及各种植入物的设计。

3D打印塑料工程的绿塑创新重点：

目前国内和国际3D打印行业的差距，在技术上、在材料上、在生产工艺上还有不小的差距，但是机会还是在我们这边，关键是我们能否将3D打印技术与传统产业的转型升级结合起来，推动3D打印技术在当前艰巨的结构调整任务中发挥重要的引领作用。

1）3D打印工程复合塑料原料的绿塑创新。我国3D打印耗材主要依赖于国外进口。3D打印原材料供给不足已成为制约其在我国发展的障碍之一。工程复合塑料原料是3D打印塑料工程的关键。努力开发资源节约型的3D打印的生物工程复合塑料原料。我国在3D打印工程复合塑料原料的开发方面，落后于国际同行，这对发展3D打印塑料工程是极其不利的。3D打印的生物工程复合塑料原料属于小批量多品种的个性化原料，甚至为某一用户特供的高端原料，这对国内原料商传统的大批量单品种生产的理念和模式是一个严重的挑战。

2）3D打印机的绿塑创新。2014年，我国进、出口的3D打印机的两者平均台价位之比近15倍，出口53902台，进口6199台，但出口额仅为进口额的63.2%。说明国内的3D打印机的自主创新的绿色技术含量较低。

3D打印机一定要朝功能化、专业化的方向发展，如果走科技含量低的大批量、通用化方向竞争市场，必然走向死路。国内原始创新还不够，真投入、真科研的少，投机性比较严重。有拿来主义思想、低水平重复性建设的多。规模效应上差距拉大。发展观念上落后，长期沿袭传统制造业的老路，生产设备卖设备，没有将设备的生产与加工服务和应用市场相结合。

3）应用领域拓展。国内市场如果再得不到发展，未来市场将全部被国外企业所占据。眼下，人们对于3D打印技术是充满热情而又一片茫然。对这项技术充满神秘感。市场推广的难度很大，技术和市场存在脱节的问题，应用市场并没有真正打开。3D打印产业发展的关键在应用，一项新兴技术的发展都必须与应用市场相结合。如果我们的应用市场还不能有效打开，我们未来的道路将更为艰难。