全球視野下的增材制造行業(yè)分析，挖掘行業(yè)發(fā)展新動力

來源： TCT亞洲視角

著眼全球市場，釋放前瞻思維。TCT全新打造以洞悉3D打印行業(yè)趨勢、預測未來發(fā)展為著力點的AM國際觀察Global Perspectives于今年9月13日舉行。會議邀請了來自Wohlers Associates, powered by ASTM International的副顧問 Joseph Kowen先生，以及3D科學谷創(chuàng)始人王曉燕女士，就最新市場行情及市場機遇展開演講，為初創(chuàng)企業(yè)、潛在新用戶提供靈感。

以下內容根據會議現場速錄，由TCT編輯整理：

當今增材制造市場的狀況、規(guī)模和概況如何？

增材制造的哪些獨特特征為增材制造的成功和發(fā)展提供了廣闊的前景？

擴大增材制造市場并引領其進入下一階段的發(fā)展需要克服什么？

Joseph Kowen先生：3D打印的歷史要比人們想象的更長，1984年誕生了立體光刻技術，1989年研發(fā)了熔融沉積成形技術。它的名稱也從最開始的快速原型變成3D打印，到近些年我們熟知的增材制造，從名字的變遷便可窺見這項技術的重點從“模具模型”轉移到了“制造技術”上。

△Wohlers Associates, powered by ASTM International的副顧問

Joseph Kowen先生

通過下圖的專利數量統計圖表，可以直觀感受到增材技術是一直在不斷地發(fā)展的，這項新技術的發(fā)展吸引了眾多創(chuàng)新者和企業(yè)家的加入。

2012年-2015年，行業(yè)專利數量、創(chuàng)新數量出現了比較大幅的增長。（圖注：藍色代表專利的應用，紅色代表專利授權）

在過去28年當中，Wohlers Associates一直都在觀察和跟蹤增材制造市場的發(fā)展。其中，2022年整個增材制造市場的規(guī)模大概是180億美元，年增長率大概是18.3%。從過去十年間來看，年復合增長率大約為20%，增材制造市場的不斷發(fā)展是有目共睹的。預計到2028年，整個增材制造市場規(guī)模將達到500億美元。

單看這些數據確實很漂亮，但是放眼整個制造業(yè)市場（每年規(guī)模約為12萬億美元），增材制造180億美元的市場規(guī)模卻只是占了非常小的比例。

圖注：黃色代表產品，藍色代表服務

關于增材制造的優(yōu)勢，相信行業(yè)人已經再熟悉不過了。實現復雜幾何圖形的設計，一體化設計與生產，高效的小批量生產與產品迭代，供應鏈優(yōu)勢，個性化定制等等。

通過增材制造技術，GE公司把零配件的個數從845下降到11個

德國的一家輪船公司通過3D打印快速生產備件，體現供應鏈優(yōu)勢

當然，增材制造是不完美的。首先是零件的經濟性問題，制造商可以造出完美、優(yōu)秀的零配件，但沒有辦法進行低成本的大批量制造。

第二是零配件的性能問題，我們還不能保證產品在堆疊過程中不出現任何問題。

第三是行業(yè)缺乏相應的標準和規(guī)定，缺乏標準意味著行業(yè)對于在各個應用領域需要達到什么水準是不夠有自信的，這也是行業(yè)成熟度的體現。最后是操作層面的問題，尤其是在我們處理粉末的時候，需要確保工人的職業(yè)健康安全，避免粉塵爆炸。

除了通用標準以外，還有各個行業(yè)的特殊標準與工藝

談到操作層面的挑戰(zhàn)（以金屬粉末的制造商為例），我們必須對金屬粉末進行管控，以確保操作人員的安全；并且關注有效清理工件殘留粉末與粉末回收技術，這也是實現增材制造經濟性的一項重要舉措。同時，確保供應零件的一致性也是相當重要的。

Align是一家美國的牙齒矯正器制造公司，該公司的產量非常驚人，一天可以產出100多萬件。多年來，他們一直利用增材制造的工藝與系統，并于2023年9月收購了聚合物3D打印機制造商Cubicure，這也側面反映了很多公司并不完全是依賴外部的系統制造商。對此，我想說明的是現在很多公司開始考慮如何盡可能縮短增材制造從文件到最終產品的路徑，盡可能多的讓產品和工藝都通過自動化形式實現。

應用可以說是增材制造領域未來發(fā)展的核心和關鍵，新一代的工程師、技術員也在不斷地挖掘新的應用。隨著時間的推移，相信越來越多的行業(yè)將會開始了解增材制造的價值，并開始利用增材制造技術。

觀眾提問：我們是做激光器的廠家，我們想了解一下在增材制造對激光器的要求更多是什么？比如我們現在跟很多客戶合作，他們對一致性的要求可能會更高，對精度要求會更高，或者說對它未來的功率衰減整體的穩(wěn)定性會更高。我想了解一下這塊，以您專業(yè)的眼光來看，對激光器的判斷是怎樣的？謝謝。

Joseph Kowen：如果我理解得沒錯的話，不管是激光，還是其他的與增材制造有關的領域，標準是最重要的，我們首先需要設立標準。

觀眾提問：我想咨詢的問題是，增材制造在電子電路領域也是有所涉及的，對于這個領域的技術發(fā)展和未來的前景是什么樣的看法？

Joseph Kowen：確實有些公司在電子領域應用增材制造技術，如果是快速打印一個比較小的產品，是可以實現的，但是如果要做到電網線路這樣的規(guī)模，短期之內是比較難實現的。

增材制造需要在技術上發(fā)生一個飛躍，否則潛力將要耗盡。

有些看不見的東西非常值得我們思考，比如軟件、大數據與人工智能

行業(yè)發(fā)展趨勢
王曉燕女士：我們從VCD時代到DVD時代，從大哥大時代到如今的智能手機時代，新技術的發(fā)展都呈現出一種“跳躍”發(fā)展規(guī)律，而非線性發(fā)展。再看增材制造技術的發(fā)展趨勢，也是如此。

來源于3D科學谷

我們將增材制造的發(fā)展階段分為5個階梯：

第一階梯是功能化的增材制造過程；

第二階梯是可預測的增材制造過程；

第三階梯是自動化的增材制造過程；

第四階梯是全自動化的增材制造，包括前處理與后處理；

最高階梯是集成化的全自動化不同制造工藝的組合。

目前我們還處于第一階梯發(fā)展階段，當下進入到增材制造領域的廠家企業(yè)都面向廣闊的機會，只要有能力解決通往金字塔尖的任何一個痛點，都有可能成為市場的領導者。

△3D科學谷創(chuàng)始人王曉燕女士

2022年，全球增材制造的市場價值是95億歐元，預計到2027年的復合增長率是17.7%。這其中包括了金屬與塑料打印設備，以及材料和零件的制造服務。而工業(yè)金屬增材制造市場再2022年增長了20%以上，縮小了與塑料3D打印的差距。展會現場眾多的金屬3D打印展商就能帶給我們一個直觀的感受。

增材制造設備的供應商在2022年的設備銷售價值為25億歐元，其中美國占全球市場份額的33%，中國占17%。預計到2027年，金屬市場份額的增長速度會是聚合物的兩倍以上，從而縮小和塑料3D打印市場份額的差距。

目前塑料的市場份額是金屬的兩倍，且由于塑料3D打印的應用市場和性質更加豐富，在應用端、打印服務等領域的收入要大得多。除了當前的醫(yī)療和消費領域，塑料3D打印下一個發(fā)展的熱點是電器制造，并且國內已經有了非常好的解決方案。

塑料3D打印預計從2022年的65億歐元，以每年12.9%的速度增長，其中聚合物粉末床熔融3D打印設備占設備銷售收入的14%。到今年為止，聚合物的增材制造設備裝機量18.5萬臺，到2027年預計裝機量在36.5-46.4萬臺之間。

市場上基于顆粒的聚合物3D打印設備出現了更多的打印頭，例如來自荷蘭初創(chuàng)公司 CEAD 的設備，現在將尺寸推向長達40米。

金屬3D打印的直接發(fā)展趨勢是超過600mm加工尺寸的大型設備需求上升。其中的驅動因素是航空航天，企業(yè)購買金屬3D打印單臺設備的均價在100萬歐元以上，采購的設備一方面為了滿足大尺寸零件的加工，一方面為了滿足小批量零件量產制造的要求。

到今年為止，金屬設備的歷史裝機量是1.66萬臺，其中粉末床和定向能量沉積兩個主流技術，裝機量大概是1.4萬臺。到2027年，預計累計的金屬裝備裝機量是3.7-3.9萬臺之間。

2022年，全球的金屬3D打印設備的銷售額達到了10億歐元，航空應用占1.68億，更多的金屬打印設備商會把研發(fā)中心放在更大、更高生產力、魯棒性更高的設備開發(fā)。

在塑料領域，粉末床熔融、光固化、熔融擠出這幾項技術在工業(yè)領域已經獲得了不斷擴張的應用，下一步的應用領域就是對這些技術自動化水平的集成。

而金屬粉末床熔融3D打印是目前市場上最成熟的一個3D打印技術，全球范圍內有超過80家金屬粉末床熔融3D打印設備商，占據80%的市場份額，中國在航空航天、國防領域的訂單爆增，隨之帶來的是對金屬粉末需求的爆增。

到2030年，預計金屬增材制造原材料的消耗量年增長在20-40%。我們看到展館里的大展臺基本上都是設備商，可能再過兩三年，TCT亞洲展上就會有一些大展位面積的材料廠商了。

特別值得一提的是，其中鈦合金、鎳基合金、鈷鉻合金40-60%的應用場景將通過3D打印實現，而不銹鋼通過3D打印來實現，大概也會增長到10-15%。

智能化時代—3D打印進入成熟發(fā)展期軟件賦能

有些看不見的東西非常值得我們思考。目前來看，平臺性的軟件驅動增材制造其他類軟件的發(fā)展是一個很清晰的發(fā)展趨勢。
要實現可預測、質量的可重復的增材制造發(fā)展階段，就需要過程控制軟件、仿真軟件、設計軟件，整體配合驅動整個增材制造從一個傻瓜型變成更智能化發(fā)展的態(tài)勢。

另外，增材制造的數字化特征已經非常充分了，如果結合大數據和大模型訓練，那將進一步推動增材制造產業(yè)化發(fā)展。

我非常建議大家多關注做檢測類型方案的提供商，如果在檢測方面獲得突破，便可積累一批不錯的數據，而這也將成為未來所有的制造過程中最大的金礦，當然它一定是動態(tài)的。

戰(zhàn)略思考出發(fā)點
結合國內增材制造發(fā)展的特點，有三個戰(zhàn)略思考出發(fā)點分享給大家。首先是品牌戰(zhàn)略，這包括了企業(yè)文化與價值觀，以及技術護成河與品牌護城河；第二個是價值鏈戰(zhàn)略，選擇有核心競爭力并創(chuàng)造附加值的環(huán)節(jié)；最后是投資戰(zhàn)略，通過國內與海外投資與并購，加強抗風險的能力，還可以思考怎樣打造企業(yè)級的產業(yè)投資孵化器，去更多的賦能他人。