导读：工业3D打印供应商正在增强其产品，正如用例和供应链中断等因素显示了该技术的实用性一样。



3D打印行业在制造业中发挥了虽小但很重要的作用。但随着硬件、材料和软件方面的新进步，技术的进步可能很快就会使其成为大规模生产的选择。

除了技术进步之外，工业3D打印在制造业中用于创建原型或生产零件，也面临着更广泛采用的挑战。业内人士认为，它永远无法在规模上与传统制造业竞争。

对3D打印或增材制造行业规模的估计各不相同。但专家们一致认为，多年来一直在稳定增长。

位于科罗拉多州柯林斯堡的3D打印咨询公司 Wohlers Associates 制作的年度报告《Wohlers Report 2024》显示，该行业目前的总价值为200亿美元，比上一年的估计增长了11%。市场价值包括3D打印机及相关硬件；材料，主要是金属和聚合物、软件和服务。

纽约市的一家3D打印咨询公司Additive Manufacturing Research将2023年3D打印行业价值设定为近150亿美元，并预计到2032年将增长到580亿美元。

这仍然只占制造硬件、软件和服务整体市场的一小部分，全球研究公司Statista估计该市场规模略高于15万亿美元。

找到最适合3D打印的产品

位于马萨诸塞州萨默维尔的3D打印公司Formlabs的首席产品官David Lakatos表示，很明显，3D打印在制造业中可以发挥作用，但该行业面临的一个挑战是，不清楚它最适合什么角色。许多人的印象是3D打印可以取代传统的注塑制造，但这使问题变得混乱，因为这些工艺针对不同的用例。

拉卡托斯说，当公司需要快速制造产品时——也许是为了应对供应链中断的短缺问题，使用3D打印是有意义的，但这对于大规模稳态制造没有意义。

“制造是不同的流程和组件一起工作来制造最终产品，3D打印需要参与其中，但在非常具体的地方，”他说。 “注塑成型确实非常适合大批量塑料制造，但如果您想要复杂的零件和小批量生产，则3D打印则更适合。并非所有产品的年产量都为1000万件。”

Lakatos表示，3D打印的增长取决于行业细分和用例。例如，医疗保健是一个非常适合3D打印实现定制的行业。假牙或人造髋关节等产品可以为患者量身定制，而太阳镜等产品可以进行一些定制，但不需要完美贴合。

他说，3D打印的经济理由很大程度上取决于生产零件所需的成本，其中包括材料、机器和劳动力。 3D打印越能降低每个零件的成本，它就会找到越多的用例。

Lakatos表示，为了降低劳动力成本，Formlabs正在将自动化引入其3D打印流程。与传统制造相比，该公司还致力于通过降低劳动力成本、材料成本和机器成本来降低零件的总体成本。

他说，这特别适用于医疗或正畸零件等用例以及大规模定制，在这些用例中，公司生产大量客户特定的零件或产品，例如汽车定制仪表板。

对弹性的需求推动了采用

过去几年，新冠肺炎 (COVID-19) 大流行、供应链中断和地缘政治紧张局势使制造业和供应链的弹性成为焦点。 Markforged 是一家位于马萨诸塞州沃尔瑟姆的工业级3D打印供应商，其总裁兼首席执行官Shai Terem表示，此类因素推动了3D打印的普及。

“我们正处于增材制造‘跨越鸿沟’的阶段，”特雷姆说。 “过去，工厂车间的早期采用者想要承担更多风险并尝试该技术，但现在主流推动在工厂车间采用增材制造。”

他表示，使用3D打印生产零件尚未成为主流，但已经越来越接近主流。部分原因是讨论已经从自下而上的角度（需要说服工厂经理去尝试）转变为自上而下的角度（首席运营官推动更多的成本节约）。

从“为什么”到“如何”的转变

比利时鲁汶3D打印公司Materialise的首席技术官 Bart Van der Schueren 表示，运营高管主张采用更多3D打印的自上而下的视角表明市场现已成熟。他说，越来越多的公司开始使用服务提供商来按需打印零件，但也有更多的公司通过内包来3D打印自己的零件。

Van der Schueren表示：“我们看到了这一趋势，并相信这种趋势比以往任何时候都更加可持续，因为制造或产品公司开始意识到3D打印的价值。” “在过去的10到15年里，公司问了很多问题，为什么他们要进行3D 打印，而不是用于价值显而易见的原型制作。但我们看到了从‘为什么’到‘如何’的转变。”

他说，对于一些制造商来说，降低成本和实现可持续发展目标满足了3D打印的“原因”。

例如，3D打印可以帮助航空航天制造商生产更轻的零件，其设计方式可以减轻飞机的重量，从而提高运行效率。这降低了喷气发动机运行所需的能量，从而减少了发动机对环境的总体影响。

然而，范德舒伦补充说，可持续发展的主张仍然必须谨慎对待。

“在传统制造中，使产品变得更轻的成本增加了成本和浪费，因为你必须切掉更多的材料，”他说。 “3D打印的浪费更少，但我们必须谨慎对待3D打印默认是一种更可持续的技术的说法。这取决于你如何使用它。但在许多情况下，你可以最大限度地利用原材料。”

3D打印必须与传统制造融合

Van der Schueren表示，刺激3D打印更多工业应用的一个方面是它与传统制造工艺和系统的集成。

为此，Materialise正在开发具有开放API的软件，可以连接到ERP、产品生命周期管理、制造执行系统 (MES) 和质量控制等企业系统。

Lakatos表示，Formlabs还在其生态系统中构建了工作流程，并使用 API 与 ERP 和 MES 系统连接，以跟踪和追踪系统中的所有部件，并补充说，软件将提供与机器本身一样多的长期竞争优势。 Formlabs 的Fleet Control软件可让用户控制3D打印机组以分散作业。

“没有人关心3D打印机；它只是一个工具，”他说。 “我们需要非常高效地了解如何尽可能快地将您设计的3D模型转化为零件。”

例如，如果宝马想要使用3D打印在其汽车中创建定制仪表板，拉卡托斯说，限制因素不是3D打印机。它能够将数据从客户处获取到生产线，然后打印符合规格且可追溯的零件。

“这就是软件，”他说。 “这就是3D打印从办公桌上很酷的东西转变为可用于严肃工作的东西的地方。”

Markforged还通过其数字源库存系统专注于工业3D打印的软件方面。 Terem 表示，Digital Source 于2023年推出，是零件设计的数字目录，制造商可以使用它来按需打印。

他说，如果机器零件磨损或损坏，制造商可以利用这一点来避免生产线停机。

中端3D打印机的崛起

Van der Schueren表示，中档3D打印机的兴起也推动了增长。过去，3D打印机主要是用于制造飞机或医疗设备生产级零件的高端机器，或者是生产原型或较低质量零件的低成本机器。

他说：“过去几年，中档机器正在填补这一空白，这些机器价格实惠，但可以为各种产品生产达到足够高标准的零件。”

Van der Schueren表示，用例将推动3D打印的进一步增长。例如，可折叠手机一直没有流行起来，因为铰链经常出现故障。这种情况可能会随着钛铰链的使用而改变，钛铰链很难通过传统机械加工生产，但可以通过3D打印来完成。

“如果你能控制该技术的成本，3D打印的适用性就超越了小批量或大规模定制零件，”他说。 “一旦这种趋势开始，它将是不可阻挡的，因为你拥有设计自由，并且可以使用更传统技术难以实现的材料。”

工业应用面临的挑战

专家表示，零件质量是阻碍工业3D打印更广泛应用的重要因素之一。

Van der Schueren 表示，3D打印中的质量控制很复杂，因为3D打印机不仅要创建零件的形状，还要创建材料属性。这意味着每个零件都具有独特的特性和潜在的独特缺陷。

制造是不同的流程和组件协同工作来制造最终产品，3D打印需要参与其中，但要在非常具体的地方--Formlabs 首席产品官

他说，改进的质量控制软件解决了这个问题。 Materialise推出了评估机器组件质量的软件工具和服务。

“3D打印中已经存在质量控制，但这是一个手动过程。现在机器学习和人工智能等技术使这一过程自动化，”Van der Schueren 说。 “当打印完成后，它会向操作员报告某些零件符合质量标准，其他零件有缺陷并且可以报废。而其他零件可能有疑问，因此他们可以进行高级质量控制。”

Terem 表示，Markforged 的质量控制工作侧重于材料的可追溯性，以确保零件的高质量和一致性。

Terem表示，要更多地采用工业3D打印，还必须克服相当大的知识和技能差距。当前工厂车间的大多数决策者在高中或大学时都没有3D打印机，但进入制造管理领域的新一代在他们的实验室中拥有了3D打印机。

“现在人们对它的接受度更高了，”他说。 “这将有助于推动从制造设计向增材制造设计的转变。因此，我们将从一开始就看到更多设计用于3D打印的零件。”


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