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行业关注 | 21次提及增材制造,美国发布新版《先进制造业国家战略(NSAM)》

发布时间:2022-10-31收藏本文关闭本文

2022107日星期五是美国“制造日”,当天美国科技政策办公室(OSTP) 发布了最新版的《先进制造业国家战略(NSAM)》。美国科技政策办公室(OSTP) 根据 2010 年美国竞争再授权法案的规定,自2012年起每 5 年更新一次原始文件。拜登政府希望通过制造业来推动美国经济和国家安全。为了帮助美国保持全球领先地位,拜登政府致力于振兴制造业、建立强大的美国供应链、投资研发 (R&D) 以及培训能够保障全球经济的劳动力。(文末下载完整版)

 

美国的《先进制造业国家战略(NSAM)》关注整个制造业,但鉴于增材制造行业自 2018 年以来持续增长和发展,此次最新的战略更新对美国增材制造市场尤为重要。

△《先进制造业国家战略(NSAM)》封面

新版《战略》引言:制造业与美国的未来

先进制造被定义为对现有产品制造方法的改进创新,以及利用先进技术生产新产品。美国在几项先进技术上仍处于全球领先地位,国内和全球对应对气候危机所需技术和设备的需求急剧上升,但一些先进制造业的产量和就业人数大幅下降。美国的传统优势——先进技术产品的贸易平衡从2001年开始从顺差变为逆差,2021.2年的贸易逆差为1970亿美元

 

制造业是美国最大的经济部门之一,占国内生产总值的11%。虽然从1960年到1990年,制造业的就业相对稳定,但从1990年代后期开始下降;2000年到2010年的十年间,三分之一的美国制造业工人(600万人)失去了工作其中只有不到200万人重新获得了工作。然而,值得注意的是,制造业就业目前高于2020年的峰值,这是自1978年以来首次超过上一个商业周期的峰值。

 

2019新型冠状病毒病全球大流行暴露了制造业供应链的脆弱性,导致医疗用品、关键矿物和半导体等关键产品严重短缺为了加强制造业供应链,中小型制造商——那些雇用工人少于500人、占制造商总数98%、雇员占43%的制造商——将需要美国政府及其更大的客户和供应商的援助。

 

因此,美国必须制定和实施战略,通过对先进制造业的投资,重新获得美国的领导地位。此外,美国的制造业和工业基础支撑了美军使用先进技术保障民主的能力。

 

该战略利用公共投入更新了2018年美国先进制造业领导战略,该法案授权最初的先进制造战略(2012),并每5年更新一次附录A说明了联邦机构的参与和指标。附录B总结了自2018年战略发布以来取得的进展。

 

 

△《先进制造业国家战略(NSAM)》的三大目标

 

构建制造业供应链的弹性,增材制造将成为先进制造业整体未来的核心

 

与今年早些时候OSTP对关键和新兴技术国家战略的更新一样,增材制造行业迅速增加的合法性和对投资的吸引力都体现在了《战略》中。新版本给出了迄今为止对增材制造最全面详细的总结,涉及了美国政府对增材制造领域的设想对其在美国制造业中将发挥的作用

△橡树岭国家实验室 (ORNL) 的多材料打印机。图片由 ORNL 提供

 

2018年的战略更新一致,新版《战略》围绕三个相互相关的目标展开:

1)开发和实施先进制造技术(与 2018 年的第一个目标基本相同);

2)培养先进制造劳动力,与2018 年的第二个目标非常相似。主要区别在于更新后的报告更加详细地强调了将新工人带入美国制造业劳动力库的紧迫性。

 (3)构建制造业供应链的弹性。第三点是两份报告最大的区别所在,这是对 2018 年报告第三个目标的细化(“扩大国内制造供应链的能力”)。此次更新经适应了新冠疫情、俄罗斯入侵乌克兰等完全重塑的全球经济的需求。

△美国陆军中士 3D 打印零件,图片由 DVIDS 提供

新版《战略》的第三个目标与增材制造行业自身的战略转变一致,这表明增材制造将成为先进制造业整体未来的核心。尽管报告中只有一个小标题包含“增材制造”一词,但该技术在整篇报告中被直接提及超过 20 次,由此可见增材制造的地位越来越高。此外,在“智能制造”和“供应的数字化转型”等领域,增材制造与其有技术上的重合,例如纳米打印和生物制造。其中提到增材制造的段落包括:

在所有的目标中,增材制造与“3.2:扩大努力以减少制造供应链漏洞”最为相关。该目标包括“3.2.3:改善供应链风险管理”和“3.2.4:激发供应链敏捷性”等建议。在 3.2.3 的附录中,报告的作者建议,“考虑对供应链进行压力测试以应对‘ 低概率、严重后果’事件。”

 

鉴于增材制造的军事应用激增,在评估政府各机构在各自先进制造进展方面的进展情况时,该报告的作者得出结论认为,商务部(DOC) 在增材制造应用方面最为突出。国防部(DoD) 和美国国家科学基金会(NSF) 紧随其后,其次是NASA能源(DOE) 。教育部(ED)、人类健康与服务部(HHS) 和农业部(美国农业部)是在先进制造业分析的所有机构中最落后的。作者表明,机构之间的差距不太可能继续存在,取而代之的是机构之间的合作,这将决定美国政府如何以最理想的形象塑造美国制造业。国防部和能源部可能会带头将先进制造技术输送到与先进制造相关的所有其他机构,并协调美国未来制造业的劳动力。

 

换句话说,美国此次提出的战略改变表明,美国未来的许多工人将得到政府的资助,学习如何根据美军的要求为能源项目生产基础设施,以及如何制造和操作设备。此外,预计这些人中有相当一部分将进入所有其他制造业,并教授这些部门如何实现生产流程和供应链的自动化。综上所述,考虑到手头的所有考虑因素,增材制造在先进制造业的所有其他领域中具有独特的重要意义,因为它有可能将推动新的全球发展所需的所有松散的技术协调成一个整体制造环境。

 

拜登政府AM Forward 3D打印计划

今年5月,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,帮助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。

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。图片来自通用电气

 

同时,一些公司已经采用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,这些公司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%

△金属3D打印工艺示意图,图片来自Solothurn

其他公开承诺还包括: 

1.通用航空将针对中小型供应商,在使用3D打印或相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和合作伙伴处采购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验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打印或相关技术的产品、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以利用这些政策,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:通过降低成本来支持3D打印设备的安装。为了解决这个问题,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企业提供各方面的补偿。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)AM Forward成员一起进行合作; 

3、 投资增材制造人才培养: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进行不同程度的培训,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,以克服广泛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,从而降低美国家庭的成本。”

 

 

(免责声明:消息来源 “轻合金国家工程研究中心应用基地”,本文内容为转载,版权归原作者所有,转载目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请来电或致函告之,我们将及时给予处理。 

(资料来源:轻合金国家工程研究中心应用基地)

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