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        首頁>新聞中心>新材料前沿

        如何讓新一代材料走出實驗室,走向市場?
        大纖維產業工作組:編材制造或將成為制造業新藍海

        2020-04-23 08:42:00

          本報實習記者 趙萍

          近年來,隨著大纖維逐漸被認可,社會對這個涉及材料、信息、機電、生物、能源等多個領域的,具有智能、綠色、超能、連接四大特征的新一代纖維家族的期望值也在不斷提高。目前,已有一些大纖維產品面世,如智能可穿戴產品等,但受限于配套批量化工藝和設備技術不夠完善,大多數大纖維產品仍然在實驗室研究階段,商業化進展緩慢。如何讓新一代纖維產品走出實驗室,走向市場,成為破局的關鍵。
          成立于2016年的大纖維產業工作組最早意識到這一點,并于2019年初開始將關注焦點轉移到與大纖維相關的先進制造技術上來。該工作組成員經過多次研討、反復論證后,將與大纖維相關的制造技術界定為7個物理層次,從微觀到宏觀依次為:原子—分子(鏈)—纖維—織物—器件—系統—超系統(系統之系統),并由此衍生出編材制造(Compilative Manufacturing)技術的嶄新概念。
          為了更好地界定編材制造技術,大纖維產業工作組2019年連續召開3次跨領域專家研討會。近日,《中國冶金報》記者就編材制造的相關進展情況采訪了該工作組負責人王健,請他就一些關鍵問題進行了解答。
          編材制造源于大纖維,但不限于大纖維
          “這3次系列研討會均圍繞編材制造在各個制造層面上面臨的挑戰和進展情況進行了解讀。”王健介紹,由于編材制造是基于大纖維制造對應的7個物理層次而來,涉及生物、醫療、汽車、飛機、電子、服裝等各個行業,他們邀請了各相關領域的專家進行解讀。
          “經過與數十位專業背景各異的專家的嚴肅討論,有時甚至是爭論和辯論,參會者對編材制造總體上保持了正面的理解和積極的回應,也有很多補充和完善。”王健告訴《中國冶金報》記者,研討會上也有質疑的聲音,但這種質疑正是促進編材制造這一概念立準立穩的關鍵因素。
          關于對編材制造內涵的理解,大纖維產業工作組的專家們于2019年8月份首次給出的定義是: 融合了現代生物、化學、物理等相關科學技術手段,以大纖維為基本對象之一的,在原子到超系統7個層次展開的創新的制造活動,包括理論、方法、工藝和設備等(相關文章見《中國冶金報》2019年8月7日03版)。然而,在多次研討中,大纖維產業工作組的專家們發現,編材制造涉及的對象或許在非纖維方面也有覆蓋。
          “根據目前我們了解到的情況,編材制造包括兩個方面,一是對應大纖維的所謂編材制造技術;二是對應其他材料或系統,但本質上和編材制造理念一致或者一脈相承的其他先進制造技術。”王健進一步指出,大纖維和編材制造有很強的聯系,兩者的區別在于大纖維更多從材料的角度出發,編材制造則是從制造技術的角度出發。2019年初,為了探討大纖維技術成果產業化問題,大纖維產業工作組主要是基于大纖維的角度去思考關于它的制造技術,從統計資料中識別出哪些是傳統制造方式,哪些是全新的制造方式,這其中也包括不成熟的或待開發的制造方式。到了2019年下半年,大纖維產業工作組專家則更多從制造工藝創新的角度進行歸納和梳理,并提煉其中的原理和核心技術。在他們對這些原理和工藝的應用進行拓展的時候,更多非大纖維的應用場景被發現。
          那么,編材制造區別于傳統制造技術的地方在哪里呢?針對這個問題,王健表示,這涉及到對“編材”這個概念的理解。與傳統的纖維編織技術不同,大纖維產業工作組將編材制造看成是編碼和信息的某種嵌入,也就是一種全數字可編程的精準制造技術。而這種制造覆蓋了從材料的基本制備到構建系統的完整周期,還覆蓋了從材料的創新研發到小規模制備和大批量制造的完整階段。對此,王健舉了一個例子:“比如,科學家在培養具有類似蜘蛛絲特性的蠶絲時,就需要對蠶進行基因調控,改變樣本蠶體的基因排序,這就是編材制造在原子和分子層面的體現。”
          編材制造或將成為制造業新藍海
          一個新事物的出現,必然伴隨著不同的聲音。在研討會上,有專家提出疑問:編材制造的真正意義是什么?對科研的意義在哪里?對行業、國家發展的意義在哪里?
          針對這些問題,王健表示,從過去到現在,很多性質卓越的材料都不能順利地導入應用,進入市場,從而“胎死腹中”,其比例高達95%以上。這也是材料及其制備工藝,以及相關裝備研發成本極其高昂的一個重要原因。科研調試、樣品制備、小批量試制乃至進入大批量生產等過程,均需要相應的技術、裝備去優化參數、穩定特性、提升質量和控制成本。這也促使大纖維產業工作組在從非材料角度理解大纖維時,識別出了編材制造技術。“也就是說,編材制造的首要意義在于幫助像大纖維一樣的下一代材料更好、更快地從實驗室走向市場。”王健說。
          “而且,編材制造技術所處的領域是一塊未經系統開發的‘處女地’。”王健表示,實驗室做纖維材料研究制備的手段很原始、很粗糙,還存在大量依賴手工的情況。受限于缺少自動化、數字化手段,每當科學家有了一個新的概念或想法的時候,都需要花大量的時間和精力去進行實驗和測試,而且成功率還很低。他指出,從這個意義上來說,編材制造可以幫助科學家更好、更快地進行研究發明。
          “就像3D打印技術是在其成熟度度過了某個關鍵階段,被科技媒體多次報道,才突然被大眾所熟知,并獲得關注和重視,快速實現了商業化一樣。現在的編材制造,市場關注度還很低。”王健介紹,目前絕大多數人還不知道分散在不同細分領域里的專業性很強的制造工藝有著內在共性,可以系統化進行分析和發展并最終建立一整套體系,再加上這些制造工藝現階段還存在諸多問題,因此此前沒有人專門進行識別、歸納和總結。“市場需求是發展的最終牽引力。不斷開發新的制造手段,是為了讓一些很有發展前景的材料能夠迅速被使用,并比現有制造工藝更有競爭力。只有這樣,才有機會實現新材料對現有材料的替代,推動社會更好、更快地發展。”王健進一步解釋道。
          “通過編材制造技術制造的產品具有很高的附加值。從發展前景來看,編材制造或將成為制造業的新藍海。”王健表示,“如果有一批企業率先進入這個領域發展,將有望成為未來市場的領頭羊。所以,我們希望在絕大多數人還沒有清晰認知的時候,通過編材制造的定義,讓政府決策人士、材料工業業內人士,包括那些非材料領域的做工業軟件、工業裝備的優秀人才,能夠意識到以大纖維為代表的新一代材料的制造從技術突破到大批量應用中間有很多事情可以做,值得我們進入這個領域去迎接挑戰、去創新制造技術和升級工藝裝備。”
          “在研討會上,有專家表示擔憂,大纖維產業工作組做的事情應該是行業協會或政府才會做的事情,一個民間工作組何堪此任!”面對這類擔憂,王健談了他的看法。大纖維產業工作組實際上起到的作用類似于戰略科學家,也是民間科技智庫的應有之義。戰略科學家做的事情就是來源于具體科學技術,但又要超越于具體科學技術,要站在國家戰略、行業發展、人類生活改善的角度,去認識科學技術和產業,從而提出高瞻遠矚的戰略洞見。他表示:“很多人都能理解看得到的并已經被實現的、確定性很強的東西,而對模糊的、碎片化的、充滿不確定性的未來技術缺少全局性感知,甚至表現出恐懼和排斥。大纖維產業工作組所做的工作是,從超越某類材料、某類具體制造工藝和某個具體應用行業的高度,來整合那些未被很好理解和開發的非主流制造方法,并識別出創新的制造方法。通過開辟一個全新的制造范式來引領先進制造技術的發展。”
          “我們需要一個偉大的愿景,才能心無旁騖地往前走。”王健說,“當然,我們要把未來生活場景和技術發展方向結合在一起,從而做到技術驅動和市場拉動相結合。而編材制造正是符合技術發展規律,同時可以支撐未來人類生活的技術驅動力。”
          

         

          

        “材料+制造”突破是新技術產業革命的標志


        圖為王健。
          王健(大纖維產業工作組組長、中國科技自動化聯盟秘書長)
          材料領域的重大突破和制造領域的范式改變,一直是新技術和產業革命的重大使能因素。“大纖維”和“編材制造”正是中國人在世界范圍內率先發現和定義的“材料+制造”創新概念組合。
          大纖維是下一代纖維家族及其所推動的新產業集群的統稱,具有智能、超能、綠色和連接的核心特征。其將從根本上顛覆和重塑許多行業的面貌,如半導體、機器人、大健康、航天航空和國防領域,是構建未來以人為本的智能社會的核心基礎。
          編材制造是以大纖維為主要對象之一的,在原子到超系統等7個尺度上進行的創新制造技術的統稱。其將是繼減材、等材、增材制造之后全新的制造范式,從原子尺度開始精確控制材料特性,一直到基于大纖維構建智能器件和系統,以及通過結構、功能和通信連接創建超級智能系統,是制造業新藍海。
          我國在大纖維和編材制造領域處于與世界并跑甚至局部領跑的有利位置,具備從科學研究到技術開發和產業化的完備鏈條,部分細分領域已經產生了領先世界的成果,有的已經走在產業化的路上。抓住大纖維和編材制造在全球范圍內即將形成的戰略機遇,將有助于我國滿足國防戰略安全和國計民生需求,有助于我國在全球新一輪科技和產業革命競爭中贏得領先地位。
          名詞解釋
          ●大纖維產業工作組:2014年,紡織工程、工業自動化、半導體、鋼鐵、科技情報等領域專家組建工作組,開始關注德國未來紡織計劃。2016年4月,該工作組定名為中國科技自動化聯盟紡織未來工作組,并正式成立。同年7月,該工作組更名為大纖維產業工作組。
          《中國冶金報》(2020年04月23日 05版五版)

         

        來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

        編輯:宋玉錚

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