一、机构背景

2012年3月，美国总统奥巴马提议构建国家制造业创新网络，并启动NNMI试点研究所建设计划。试点研究所将为国家制造业创新网络提供概念验证。试点研究所的重点是利用跨部门团队的合作，确定增材制造的主题，为国防、能源、太空和国家的商业部创造更大的利益。增材制造，通常也被称为3D印刷，是一个新兴的生产过程集合，以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件离散和数控成行系统，将金属、塑料或陶瓷粉末等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。

2012年10月，美国增材制造创新研究所（National Additive  Manufacturing Innovation Institute，NAMII）落户于俄亥俄州和宾夕法尼亚州交界线附近的扬斯顿市。由美国国防部、能源部、美国国家航空和航天局、美国国家科学基金会、商务部等5家政府部门，以及俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州的企业、学校和非营利性组织组成的联合团体共同出资建立，是美国提出“国家制造业创新网络”战略以后建立的第一所制造业创新研究所，技术愿景是加快积层制造技术创新，弥补基础研究和成熟开发之间的差距。

二、运行机制

目前，NAMII包括超过85家公司（主要包括全球知名特种金属生产商阿勒格尼技术公司，美国应用系统和技术转移公司，全球知名设计软件公司Autodesk，全球知名的3D打印公司ExOne公司、Sciaky公司及Stratasys公司，波音公司，FMW复合材料，通用动力，通用电气，霍尼韦尔，IBM，江森自控，洛克希德·马丁公司，诺斯罗普·格鲁曼公司，派拉蒙工业/3D系统，铁姆肯公司，西屋核电，全球知名照明产品制造商欧司朗）、13个研究型大学（主要包括卡内基—梅隆大学，凯斯西储大学，肯特州立大学，利哈伊大学，宾夕法尼亚州立大学，罗伯特莫里斯大学，阿克伦大学，匹兹堡大学，扬斯敦州立大学等）、9个社区学院（如东捷威社区学院，罗雷恩县社区学院，北安普顿社区大学，宾夕法尼亚大学技术学院，威斯特摩兰县社区大学等）以及18个非营利机构。

 NAMII的总裁由美国国防制造中心的执行总裁Ralph Resnick担任，下设4名副总裁分管技术开发、技术转让、先进制造企业、劳动力和推广教育等4个方面。政府部门在NAMII中设立了一个多机构技术咨询委托会，负责把控技术方向。此外，NAMII还设立了执行委员会和管制委员会，执行委员会包括来自工业界、学术界和政府成员的一个小团体代表，管制委员会则为一、二级成员机构和小企业成员的代表。

 作为第一家创新学院，增材制造业创新学院的运作模式颇具开创性。未来三年，其运营将由国防部、能源部、商务部、国家科学基金会和国家航空航天局（NASA）五个政府部门出资4500万美元，以及申请团体（包括俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州地区的一些制造企业、研究型大学、社区学院、非营利机构等）共同出资4000万美元，此后将逐渐过渡到自负盈亏。

增材制造试点机构将有助于基础技术的研究、开发、示范验证和推广应用，以解决当前和未来国防部、能源部和其它参与机构的使用需求，如：①基于采办或维护的新型零部件或工具的制造；②现有零部件或工具的仓库备件维修；③改进表面光洁度和耐腐蚀性或耐磨性的涂层；④延长武器系统零部件的服役寿命；⑤民用和商用前景；⑥ 高能效的和可再生能源产品的制造和技术。此外，试点研究所还将为学生和工人提供先进制造技能方面的教育和培训。同时共享的技术平台也为中小型企业采用新型制造工艺提供能力保障。

三、研究主题

NAMII目前主要研究三项技术主题。

（1）打印材料特性和效能的研究

了解材料的性质和特点，是确保积层制造技术能够被大规模采用的关键。具体的重点领域包括开发材料数据库，获取更广泛的测试结果；设计材料性能；数据访问和共享平台；管理材料变化的方法等。这部分工作的聚焦点是加速材料及材料系统的转换，为积层制造从材料需求到过程加工建立无缝路径。

（2）资格鉴定和认证测试

快速部署积层制造产品的测试、鉴定和认证方法及系统，是积层制造应用的关键。具体的重点领域包括快速鉴定和认证的方法；鉴定和认证的创新技术；建模和仿真；过程可变性的量化；用以提高可靠性、优化流程和提高速度的简化可变性的识别方法；供应商认证等。这部分工作重点应放在为符合资质和认证的产品消除障碍和加快上市时间。

（3）加工能力和过程控制

全面了解工艺参数之间的关系以及由此产生的产品将推动积层制造工艺。具体的重点领域包括工艺的可重复性和产量的提高；开发输出模型的预测算法；提高零件质量；原位自适应控制系统。这一主题的努力方向是通过积层制造加工过程的改进提高其普及性。

四、项目征询

国家增材制造创新机构（NAMII）面向所有与NAMII成员合作的组织征询项目需求建议，由NAMII成员牵头。目前已实施两轮征询，每次征询主要围绕相关技术问题提出解决方案，并提出新阶段的项目计划。

第一轮征询：

2012年11月27日，NAMII在位于佛罗里达州奥兰多的国防制造会议（DMC）上发布项目征询书，要求其成员围绕材料知识与性能、资质与认证、工艺能力和特性/工艺控制三个技术领域提交增材制造研究提案。这些提案旨在解决上述技术领域面临的问题。此外，在增材制造领域的教育推广和人力资源培训是NAMII的重要信条之一。因此，NAMII要求各成员单位提交的项目提案要包括相关内容。例如，美国中学预工程课程及社区学院、本科及研究生阶段增材制造课程的设置将基于NAMII各成员的项目研究成果。

NAMII授予的项目如下：（1）由零件生产商RP+M小企业承担的“熔融沉积成型（FDM）零件制造”项目。该项目将使NAMII更为了解高温聚合物ULTEM^TM9085的属性及优势。该项目主要成果包括一份设计指南、关键材料和工艺数据、材料、零件和工艺认证。（2）由美国凯斯西储大学承担的“再利用和复原加工的增材料制造工艺和流程资格”项目。该项目将开发、评估和认证用于修复和再利用工具及模具的方法。压铸工具十分昂贵且需要很长时间来制造，每个工具的价格有时会超过100万美元。使用修复和再利用工具及模具可节省能源和成本，缩短交货时间，通过使用该团队开发的增材制造技术，可延长工具使用寿命。（3）由美国凯斯西储大学承担的“粉末床直接金属增材制造工艺的快速认证方法”项目。该项目将有助于提升工业界了解和控制微细结构和力学特性的能力。

其他项目还包括：美国密苏里科技大学承担的“用于复合材料制造和液压成型的稀疏制造快速加工的熔融沉积成型”项目；诺格公司航空航天系统分部承担的“复杂复合材料加工的熔融沉积成型”项目和“高温选择性激光烧结技术和基础设施”项目；美国宾夕法尼亚州立大学直接数字化沉积创新材料工艺中心承担的“用于增材制造工艺监测与控制的热成像”项目。

第二轮征询：

美国国家增材制造创新研究所（NAMII）于2013年9月宣布了第二轮增材制造应用研究和开发项目征询书，这次将提供900万美元资助多个项目。NAMII征询需求建议书限于5个技术领域，提交的建议书可以涉及一个或多个技术领域，但必须解决所有评估准则。五个技术领域分别为：

1. 面向设计的增材制造：开发进行复杂和可重复设计的模拟与仿真工具，从而优化过程和产品，减少成本、缩短周期并改进性能；

2. 增材制造材料：研究增材/3D打印材料的可持续性，开发梯度及可定制材料；

3. 工艺及装备：开发下一代机床，能够解决速度和批量等问题；开发多功能材料（如预埋传感器）处理设备以及能源消耗自监控增材制造设备系统；

4. 资格及认证：开发复杂几何形状零件的无损检测评估方法；

5. 知识库的开发：开展一系列材料/工艺试验，获取工艺/材料信息，材料包括聚合物、金属、陶瓷等。

2013年10月8日，国家增材制造创新研究所（NAMII）在第二轮项目管理评审大会上，向成员机构宣布，NAMII正式更名为“美国制造”，以进一步强力推动美国本土增材制造技术的统一协调发展。

拥有新名称后，创新研究所的目标是拓展影响范围，使其具有更强大的指示性和包容性，面向整个国家所有创新个体和机构，从业余爱好者到企业家，从工业界、学术界到政府机构，最终将使其获得实现更加丰富的经验。“美国制造”这一新名称使增材制造创新机构在传递和表达其发展目标方面变得更加有效。

下一阶段，创新研究所将通过全新的在线服务，提供功能强大的网络平台，将使成员机构能够通过网络与其他成员实现协同工作，成果的发布和共享，以及解答增材制造难题等。

参考资料：

[1]《NATIONAL NETWORK FOR MANUFACTURING INNOVATION: A PRELIMINARY DESIGN》,2013年1月。

[2] 3D打印领先机构发展动向——美国增材制造创新研究院。