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2012年，美国为推动国家制造创新战略计划，组建了多家制造创新机构并构成制造创新网络（NNMI），以促进技术成果转化，维持美国制造业在全球竞争中的领先地位。截止目前，美国共建立了14家制造创新机构，8家由美国国防部资助，5家由能源部资助，1家由商务部资助。其中，国防部投资的制造创新机构包括：美国增材制造创新机构（AM）、数字化制造与设计创新机构（MxD）、先进轻质材料制造创新机构（LIFT）、美国集成光子制造创新机构（AIM Photonics）、下一代柔性混合电子制造创新机构（Next Flex）、美国革命性纤维与织物制造创新机构（AFFOA）、先进生物组织制备制造创新机构（BioFabusa）、美国先进机器人制造创新机构（ARM），国防部向这八家制造创新机构共计投入6亿美金作为初创资金。
一、美国增材制造创新机构
美国增材制造创新机构（AM）成立于2012年8月，由国家国防和加工中心（NCDMM）负责具体运行，成立初期国防部投资5500万美金，非联邦投资5500万美金。
增材制造技术可提高设计灵活性、降低制造成本、缩短交货时间、生产更轻更强的三维零件。AM重点关注设计、原材料、技术和劳动力，与政府、工业界和学术界合作规划需求路线图并制定了劳动力发展项目路线图。目前AM已制定了《增材制造标准化路线图》，开发出新型Multi 3D系统。
2018年10月，AM发布增材制造“快速鉴定及认证工具”（ATRQ）项目公告，该项目由空军研究实验室（AFRL）资助，重点研究方向包括：1、采用粉末床激光熔融工艺制备的镍合金、高强钢、不锈钢及航空钛合金的失效模式和缺陷分析；2、以玻璃纤维、增强聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET-G）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、ULtem 9085、尼龙11/12等为原料制造的聚合物零件的降解机理及使用寿命预测；3、17-4PH不锈钢、625合金、铸造铝合金AlSi10Mg的局部腐蚀。
图1 AM开发的新型Multi3D系统
二、数字制造与设计创新机构
数字化制造与设计创新机构（MxD）成立于2014年2月，初期国防部投资7000万美金，非联邦投资1.06亿美金。2019年，国防部追加拨款1000万美金，并承诺未来5年至少投入2000万美金。MxD致力于推动制造业的数字化，利用数字连接整个制造周期，创建快速、弹性的供应链，便于信息访问、供应链可视化。目前，MxD已创建了数字能力中心，建立了数字化生产链；为制造商提供数字化设备以及网络安全评估工具。2019年4月，MxD发布《数字化制造与设计创新机构2019年技术战略概述》，明确指出重点关注领域包括：实施数字孪生，提升离散行业生产力；制定劳动力发展计划，帮助企业培训工人；与先进机器人制造创新机构合作，形成新的制造能力；建立国家制造业网络安全中心，帮助中小型制造企业进行培训，创建更具弹性的工业基础。
图2 MxD数字化设备
三、先进轻质材料制造创新机构
先进轻质材料制造创新机构（LIFT）成立于2014年2月，初期国防部投资7000万美金，非联邦投资7800万美金。LIFT致力于加速铝、镁、钛等轻质金属及合金的新型制造工艺开发并提供相应培训。LIFT典型成就包括改造高机动性多用途轮式车辆的防抱死制动系统和稳定性控制系统，降低了翻车概率；通过改进加工工艺及优化合金组成，制造出薄壁韧性铸铁件，壁厚比普通球墨铸铁件的薄50%；生产出轻量化车架等。LIFT目前重点关注方向是大型铝基纳米复合材料制品工艺开发、复杂形状金属薄板的机器人焊接等。
图3 LIFT研发出的轻量化车架
四、美国集成光子制造创新机构
美国集成光子制造创新机构（AIM Photonics）成立于2015年7月，成立初期国防部投资1.1亿美金，非联邦投资5.02亿美金。光子集成电路是将光子电路集成到半导体芯片上，可显著提高集成电路的性能，并降低重量和功耗，潜在应用包括光子雷达或激光雷达、实时3D映射（LIDAR传感器）、云计算数据库系统、沙林毒气检测、医疗成像、食品安全评估等。AIM Photonics致力于促进光子集成电路制造技术的发展，向中小型企业、学术界和政府提供最先进的集成光子制造、包装和测试技术。AIM Photonics注重研发成果的快速商业化，已开发出可替代传统电子交换机的高容量光子互联系统，用于化学毒气探测的SARIN气体传感器，用于先进成像的低温焦平面阵列（FPA），通用PIC工艺设计套件（PDK）等典型产品。当前重点关注领域包括:1.为美国先进集成光子制造相关项目提供基础设施;2.推动集成光子生态系统发展；3.为政府、学术界和工业界提供领先的光子集成技术。
图4 AIM研制混合硅电子-光子集成芯片
五、下一代柔性混合电子制造创新机构
柔性混合电子制造创新研究所（Next Flex）成立于2015年8月，初期国防部投资7500万美金，非联邦投资9600万美金。NextFlex致力于促进美国柔性混合电子生态系统的形成，重点是将低成本印刷电路与半导体结合，制造出可拉伸和弯曲的柔性电子设备。该设备具有质轻、体积小、成本低、多功能等特点，可用于人体健康监测、结构监测、软体机器人和天线制造等。Next Flex目前已开发出能监测伤口含氧量的智能绷带，比普通绷带更利于伤口愈合；制造出柔性Arduino样品，生产步骤减少60%，适用范围更广。此外，Next Flex还实施了FlexFactor计划，旨在进行柔性混合电子产品开发和相关技能培训。该计划的重点方向包括柔性混合电子设备封装和包覆，先进3D设计软件，柔性混合电子设备和电子纺织品开发和评估，多层柔性混合电子设备的IC接口，灵活的电池设计，用于结构健康监测的大面积传感器系统，可监测液态生物标志物的可穿戴柔性装置等。
图5 Next Flex生产的柔性电子器件
六、美国革命性纤维与织物制备制造创新机构
美国革命性纤维与织物制造创新机构（AFFOA）成立于2016年3月，初期国防部投资7500万美金，非联邦投资2.4亿美金。AFFOA旨在将半导体技术融入光纤和纺织品生产，研发具有感知、通信、能量存储、温度调节、健康监测、变色等功能的纤维织物和纺织品。2018年12月，AFFOA推出MicroAward试点计划，将AFFOA生产的先进纤维用于传统纱线、织物、复合材料等的制造。此外，AFFOA还联合国内纤维和纺织企业以及相关科研机构创建了织物创新网络（FIN），旨在推动相关技术的转化，目前已开发出Looks可编程背包、可通讯织物（第一代“Fabric LiFi”）、变色纤维织物等。
图6 可利用热风枪调节尺寸的毛衣
七、先进生物组织制备制造创新机构
先进生物组织制备制造创新机构（BioFabusa）成立于2016年12月，由高级再生制造研究所（ARMI）领导，初期国防部投资8000万美金。BioFabusa致力于组织工程与再生医学研究并促进其工程化。BioFabusa的目标是克服生物制造领域的技术瓶颈，加速细胞疗法、基因疗法、再生医学等技术和相关产品的开发。2018年6月，BioFabusa与明尼苏达大学等合作开发出三维生物打印技术，并负责该技术的技能培训。
八、美国先进机器人制造创新机构
美国先进机器人制造创新机构（ARM）成立于2017年1月，由美国机器人公司负责具体运营，初期国防部投资8000万美金，非联邦投资1.73亿美金。ARM旨在加速开发安全、经济、多功能、协作的工业机器人。目前，ARM开发出智能移动机械手，并研制出智能伴侣机器人（SCR），可协助汽车装配工作。此外，ARM还提供机器人技能培训等。
图7 ARM研发的机器人
2019年1月，ARM公布未来将投资的11个项目，包括表面处理机器人、用于大型复杂曲面抛光的机器人软/硬件、机器人制造缺陷识别及自动校正、用于飞机复合材料面板打磨的协作机器人、可创建高级标准语言的功能转换编译器、大型复合板铺设协作机器人、智能包装、大型金属打磨机器人末端执行器、机器人通用操作软/硬件、柔性装配机器人、多机器人可操作系统。
（蓝海星：王敏 方楠）
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