3D打印技術(shù)或?qū)⒅厮苤圃鞓I(yè)格局?

隨著最近行業(yè)和技術(shù)的進(jìn)步，創(chuàng)新者們正在利用增材制造（AM）實(shí)現(xiàn)庫存成本的大幅削減。企業(yè)在如何看待制造愿景的重構(gòu)方面，發(fā)生了巨大的變化。增材制造在幫助全球的原始設(shè)備制造商（OEM）迎合世界各地不同行業(yè)和市場需求的同時，已將其范圍擴(kuò)展到快速原型制作之外，并且系統(tǒng)集成商也在致力于幫助工程、自動化和系統(tǒng)的集成。這種轉(zhuǎn)變歸因于增材制造具有制造復(fù)雜設(shè)計零件的卓越能力，降低制造材料損失的成本，減少因兼容性受限而進(jìn)行的裝配以及對機(jī)械和配件的需求。

快速原型向3D打印的發(fā)展以及相關(guān)創(chuàng)新正在擴(kuò)展工業(yè)模式，其范圍已超出人們的想象。如今，汽車、航空航天、建筑、消費(fèi)產(chǎn)品、醫(yī)療保健、食品和制造業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域，對增材制造及其應(yīng)用的需求越來越大。

令人難以置信的是，自1981年日本的Hideo Kodama博士首次發(fā)表他的功能性快速原型系統(tǒng)報告并申請了專利以來，“快速原型”已經(jīng)存在了35多年了。 從那時起，快速原型制作已成為第四次工業(yè)革命（工業(yè)4.0）中最大的技術(shù)顛覆者之一。

根據(jù)市場咨詢公司Frost & Sullivan的一份研究報告顯示，增材制造從2015年到2025年的復(fù)合年增長率（CAGR）有望達(dá)到15％。報告和數(shù)據(jù)預(yù)測，增材制造的市場價值將從2018年的80億美元增長到2026年的230億美元以上。一家總部位于美國加州估值25億美元的初創(chuàng)企業(yè)，創(chuàng)建了世界上第一款通過訂閱模式部署的增材制造硬件，以幫助用戶更加輕松地將3D打印解決方案應(yīng)用到數(shù)字化制造中。

降低更多成本

原型設(shè)計并不是一種新出現(xiàn)的技術(shù)觀念，它最初的愿景是最大程度地減少制造生態(tài)系統(tǒng)和供應(yīng)鏈成本。隨著新技術(shù)對業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的干擾，制造業(yè)的未來依賴于更多元化的原型應(yīng)用專家網(wǎng)絡(luò)。這樣做的目的是節(jié)省更多時間和資源，并減少誤差和缺陷。這一愿景促使全球企業(yè)專注于增材制造的概念。

美國運(yùn)動服裝巨頭耐克的未來愿景是將設(shè)計賣給客戶，然后客戶可以自行在家3D打印鞋子。耐克及其一些競爭對手，對鞋類領(lǐng)域增材制造的投資增加了一倍，這是面向未來的舉措，可以通過消除人工成本，加快產(chǎn)品上市速度來提高產(chǎn)量。鞋的性能將由于使用了更輕、更透氣的材料和更少的摩擦阻力而得到提高。唯一的缺點(diǎn)是取決于執(zhí)行的準(zhǔn)確性，這可能會增加成本，重點(diǎn)是精心的設(shè)計。

向增材制造的轉(zhuǎn)變

盡管多年以來，快速原型制作已成為主流的方法，但它依賴于傳統(tǒng)的制造工具和程序、生產(chǎn)準(zhǔn)備情況以及供應(yīng)商支持。因此，這是一個耗時且昂貴的過程。相比之下，增材制造則更側(cè)重于原材料的采購和生產(chǎn)制造的設(shè)計方面。3D打印機(jī)完成設(shè)計的物理過程以創(chuàng)建原型，這樣的自動化過程可以縮短周轉(zhuǎn)時間。

系統(tǒng)集成商也推動了這些自動化過程。對于敏捷的增材制造流程，自動化執(zhí)行需要集成命令。系統(tǒng)集成商調(diào)節(jié)增材制造的各個組件，并自動執(zhí)行原型從設(shè)計到交付的過程。

加速發(fā)展的增材制造

在全球工業(yè)化的各個階段，制造業(yè)一直是進(jìn)步的動力。一般來說，產(chǎn)品的生命周期包括導(dǎo)入、成長、成熟和衰退4個階段。像大多數(shù)產(chǎn)品一樣，增材制造在“導(dǎo)入”階段也受到生產(chǎn)障礙、專利限制以及機(jī)器成本高昂的困擾。這導(dǎo)致行業(yè)初期的利潤低、市場滲透率低、成本高和質(zhì)量低。

增材制造市場目前處于“成長”階段，已獲得各行業(yè)用戶的好評。在開箱即用的思維方式時代，增材制造企業(yè)正在尋求降低成本，同時為用戶提供性能卓越的解決方案。

盡管傳統(tǒng)的制造方法，需要經(jīng)過一段時間才能被替換，但是這個趨勢已經(jīng)勢不可擋。增材制造是出于加快設(shè)計可視化的需要而誕生的。由于原型制作花費(fèi)很長時間，業(yè)界尋求一種可以減少原型開發(fā)時間的方法，同時將更多的時間投入到復(fù)雜的設(shè)計上。設(shè)計思維和可視化方面的技術(shù)創(chuàng)新，減少了對供應(yīng)商和支持生態(tài)系統(tǒng)的依賴。由于投入到設(shè)計和組件試驗(yàn)中的時間多了，精巧度增加了，周轉(zhuǎn)時間也減少了。

增材制造的另一個值得注意的方面，是它主要用于開發(fā)復(fù)雜的設(shè)備組件。例如，在航空航天領(lǐng)域，增材制造被用于開發(fā)燃料噴嘴之類的組件。這些是關(guān)鍵部件，但沒有大規(guī)模生產(chǎn)。在增材制造的幫助下，設(shè)計這些前沿的復(fù)雜組件變得更輕松，不但簡化了設(shè)計，還減輕了這些零件的重量。所有這些都可以提高性能效率并減少庫存。航空航天領(lǐng)域的一些領(lǐng)先企業(yè)，通過使用增材制造技術(shù)使庫存成本降低了95％以上。

增材制造的關(guān)鍵領(lǐng)域包括3D打印、快速成型和直接數(shù)字制造（DDM）。這些概念在包容性和協(xié)作性思想中蓬勃發(fā)展。對于航空航天和汽車行業(yè)來說，增材制造主要是為了優(yōu)化設(shè)計效率和減少生產(chǎn)時間，而醫(yī)療設(shè)備行業(yè)卻從增材制造的定制功能中受益匪淺。

根據(jù)Frost＆Sullivan 2016年的報告，到2025年，汽車、航空航天和醫(yī)療設(shè)備行業(yè)，將占據(jù)3D打印市場的51％。從地理范圍看，在2015-2025年期間，亞太地區(qū)（APAC）增材制造市場的復(fù)合年增長率為18.4％。中國將占亞太地區(qū)市場的70％。

工程應(yīng)用的新范式

2017年，邁凱輪車隊(duì)與專門從事3D打印的Stratasys公司合作，為MCL32生產(chǎn)可用于比賽的零件，以參加2017年國際汽聯(lián)一級方程式世界錦標(biāo)賽。合作背后的想法是“輕量化”或拓?fù)鋬?yōu)化，Stratasys公司通過這種方式為賽車隊(duì)成功生產(chǎn)出輕巧但耐用的零件。

在另一個案例中，全球醫(yī)療設(shè)備制造Stryker公司堅(jiān)定地致力于其3D打印和制造醫(yī)療產(chǎn)品的承諾。一個價值929萬美元的即時（JIT）植入物項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)為癌癥患者生產(chǎn)定制的骨植入物。

得益于增材制造技術(shù)的發(fā)展，制造已可以完成具有復(fù)雜幾何形狀和極少浪費(fèi)的獨(dú)特工藝。將精力和專業(yè)知識集中在此類智能機(jī)器上進(jìn)行工程設(shè)計，將進(jìn)一步改變制造業(yè)。增材制造成功地為各領(lǐng)域生產(chǎn)了各種原型設(shè)備，未來，其規(guī)則或?qū)氐赘淖冎圃鞓I(yè)格局。

增材制造的獨(dú)特優(yōu)勢消除了供應(yīng)鏈中的許多中間步驟。越來越多地采用增材制造，將進(jìn)一步改變其應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展。
責(zé)任編輯：tzh