3D打印的未來：2022年發(fā)展趨勢

導讀：雖然在過去的兩年里，疫情全球經濟和人們的生活造成了相當大的影響，但對3D打印行業(yè)來說卻是因禍得福。不僅整個3D打印市場表現(xiàn)出驚人的彈性和增長傾向，在全球供應鏈短缺的情況下，3D打印仍然保持了蓬勃的發(fā)展。隨著2022年的來臨，3D打印又會向哪些值得期待的趨勢發(fā)展呢？3D打印技術在主流應用中還會繼續(xù)保持增長嗎？

3D打印的大幅面趨勢

2021年的3D打印的一大趨勢就是“大”，許多公司致力于制造比平時更大的產品和設備：

• 澳大利亞的AML3D公司使用直接能量沉積(DED) 技術來制造船用配件
• 荷蘭機器人公司MX3D利用六軸機械臂和電弧增材制造技術在阿姆斯特丹用不銹鋼3D打印了一個12米長的橋梁
• Massivit 3D看好大幅面3D打印在亞太市場的潛力，推廣凝膠點膠技術
• 我國公司清研智束成功突破大幅面金屬3D打印電子槍陣列掃描技術
  

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△AML3DARCEMY 模塊化金屬3D打印機技術原理

在許多工業(yè)領域，制造大型3D打印機的趨勢還將持續(xù)到2022年，無論是金屬、塑料還是光固化樹脂領域。在這三者中，大幅面金屬3D打印被認為具有最大的商業(yè)增長潛力，到2026年市場價值預計將達到7.39億美元。

△3D打印阿姆斯特丹不銹鋼橋

著眼于這一趨勢，知名3D打印初創(chuàng)公司Azul3D在2021年推出了大幅面數(shù)字光處理 (DLP) 技術的3D打印機LAKE。使用大面積快速打印 (HARP) 技術，Azul 3D聲稱LAKE 3D打印機比其他DLP打印機快100倍，并且構建規(guī)模增加了20倍。如果宣傳屬實，那么這可能是3D打印向大規(guī)模制造邁進的又一大步。

△HARP 3D打印過程視頻

除了工業(yè)領域，就算是在業(yè)余愛好方面，玩家對大型3D打印的癡迷也已生根發(fā)芽。2021年，Prusa Research推出了一款使用CoreXY架構的FDM打印機Original Prusa XL，具有36 x 36 x 36厘米的超大構建體，點燃了許多3D打印愛好者的熱血。而它在2020世博會上展出的AFS自動化農場系統(tǒng)也標志了3D打印向批量化、大規(guī)模的趨勢邁進。

△Original Prusa XL 3D打印機 [來源：Prusa Research]

△AFS

更好的操作交互性

不同文件格式的3D模型長期以來一直是困擾設計和制造行業(yè)的問題。這個問題可以追溯到早期3D建模的時候，那時每個建模開發(fā)軟件都提出了獨特的專有格式。如今，兼容性問題已經成了跨不同3D掃描、建模和打印平臺協(xié)作制造不可避免的問題。

△NVIDIA Omniverse™是一個可擴展的多GPU實時參考開發(fā)平臺，用于3D模擬和設計協(xié)作，并基于Pixar的通用場景描述和NVIDIA RTX™技術。

2021年，NVIDIA推出了Omniverse，宣稱是可以跨越不同3D設計平臺的3D設計軟件。Omniverse的核心使用了通用場景描述 (USD) 格式，這是皮克斯一直用于動畫電影的文件格式。憑借Omniverse的靈活性，NVIDIA認為它可用于建筑、工程、制造、藝術、媒體或娛樂等領域。NVIDIA于近期發(fā)布了Omniverse的免費版本，并且軟件的用戶群有望在未來幾個月迅速增長。

南極熊認為，Omniverse是否會彌補3D創(chuàng)作的交互性問題還有待觀察。畢竟讓眾多創(chuàng)作者從一個設計平臺過渡到另一個設計平臺將會是一個緩慢的過程。然而，這一過程一旦完成，將會為3D設計和打印帶來更順暢的協(xié)作效應，為大型行業(yè)提供更多服務。

可持續(xù)性

3D打印從早期開始就一直被描述為傳統(tǒng)制造技術更可持續(xù)的替代品。事實上，可持續(xù)性一直是3D打印技術的一個巨大賣點。與減材制造相比，增材制造在減少材料浪費方面有著巨大優(yōu)勢。它還需要更簡單的供應鏈，減少了大宗物資運輸?shù)某杀尽?/div>

△使用PolyTerra材料打印的樣品，有14種顏色

隨著3D打印市場的不斷發(fā)展，市場對可持續(xù)性的需求也在不斷增長。如今，很多長絲品牌都在積極銷售生物長絲或由植物等可持續(xù)來源制成的長絲，例如Polymaker的環(huán)保耗材系列PolyTerra以及回收農夫山泉飲水桶制造環(huán)保聚碳酸酯長絲。還有制造商呼吁停止使用塑料線軸轉而采用紙板線軸，或制定塑料線軸回收計劃。

△Polymaker®PC-r聚碳酸酯長絲由科思創(chuàng)塑料回收料制成。

更令人感興趣的是，3D打印技術的發(fā)展賦予了舊塑料第二次生命。從技術上講，任何熱塑性塑料都可以分解成小碎片、熔化并用作3D打印的原材料。一家名為Closed Loop Plastic的公司已經在使用這個概念將塑料杯和蓋子變成一種稱為U-HIPS的3D打印線材。從用戶的反饋來看，再生長絲的打印性能也相當不錯。

△FILAMENT MAKERS

除了材料生產商，許多長絲擠出設備制造公司還推出了相關硬件，幫助3D打印愛好者使用廢棄的塑料或者廢棄的3D打印產品重新制造新的長絲。Filabot和3DEVO的Filament Makers都是這一類中比較受歡迎的產品。南極熊相信這一類產品未來還會更多，操作層面上更加友好。

△視頻：堆積如山的3D打印支撐材料和廢棄模型在家也能回收利用了

隨著市場對可持續(xù)產品的呼聲越來越高，南極熊預計3D打印行業(yè)會做出相應的回應，并推出更可持續(xù)的產品。由回收材料或環(huán)境友好材料制成的長絲會變得更加普及，塑料線軸和廢棄3D打印產品的回收計劃也會在執(zhí)行層面上變得更加可行。此外，或許還會有更多藝術家會使用3D打印與回收材料創(chuàng)造藝術，值得期待。

軟件解決方案

新冠疫情給全球帶來的影響加速了3D打印成為下一代技術的步伐。由于供應鏈在世界范圍內受阻，3D打印憑借著分布式生產的模式受到影響最小，因此在制造鏈中脫穎而出。據(jù)統(tǒng)計，2020年全球65%的工程公司更多地使用了3D打印。然而，這一操作也暴露了這項技術的局限性。

△南極熊3D打印云平臺軟件專題

雖然3D打印是一種快速生產零件的好方法，尤其是在有限的條件下，但對于大規(guī)模生產來說仍然不太實用。如果一家公司需要制作數(shù)百萬個設計副本，盡管初始成本很高，但注塑或鑄造等傳統(tǒng)方法在單件成本上仍然較低。為了解決這個缺點，3D打印行業(yè)正在尋找可以更好地簡化制造過程的軟件方案。工作流管理似乎是3D打印技術進化發(fā)展的下一步，將這種制造過程更適合大規(guī)模工業(yè)制造。

△Dyndrite是美國增材制造軟件公司Dyndrite Corporation于2019年推出的，是第一個用于3D打印的CAD CAM完全圖形處理單元（GPU）加速計算引擎。

開發(fā)此類軟件的目標是優(yōu)化3D打印工作流程，從而使產品更加經濟。這將使3D打印作為成品零件的更具競爭力的制造方法，而不僅僅是原型制造。這一領域的外國佼佼者包括AMFG、Link 3D和MakerOS。

△Link3D的制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)

許多行業(yè)專家認為，使用3D打印進行大規(guī)模制造目前仍然遙不可及。要實現(xiàn)這一點，無論是在硬件還是軟件方面，都需要在技術方面有相當大的提升。然而，關注軟件開發(fā)是實現(xiàn)這一最終目標邁出的一步。

總結

南極熊親眼見證了過去兩年世界發(fā)生的翻天覆地的變化，看到了3D打印市場的再度崛起，并以強勁的勢頭有望在2022年繼續(xù)蓬勃發(fā)展。越來越多的人在關注、談論3D打印，無論是作為愛好，還是制造的替代品。不過，無論是興趣程度還是從行業(yè)需求角度，南極熊預計上面列出的這些主題將成為2022年3D打印新聞的焦點。我們真心為3D打印的發(fā)展感到驚喜，也希望這項技術能夠帶給人類社會更多的貢獻，讓我們一起拭目以待吧！

參考閱讀：

1. 我國成功突破大幅面金屬3D打印電子槍陣列掃描技術，清研智束電子束EBM
2. 專訪Massivit 3D汪祥艮：亞太市場大幅面3D打印蘊藏巨大發(fā)展?jié)摿?/a>
3. MX3D融資225萬歐元，推動機器人焊接電弧金屬3D打印技術
4. 大型電弧熔絲金屬3D打印高強度合金，AML3D開辟新市場新應用
5. 有點驚艷！從2020迪拜世博會的Prusa自動化農場系統(tǒng)AFS看未來制造
6. Prusa Research發(fā)布CoreXY結構、5打印頭3D打印機OriginalPrusa XL，開啟預購
7. Azul 3D推出首款大幅面快速光固化3D打印機：LAKE
8. 再生塑料現(xiàn)身TCT！科思創(chuàng)與Polymaker合作開發(fā)新型聚碳酸酯長絲
9. Polymaker推出下一代新型環(huán)保3D打印耗材：PolyTerra
10. 3D打印件廢料怎么辦？3DEVO幫你回收做成新長絲！
11. The Future of 3D Printing – Trends to Expect in 2022
12. Develop with NVIDIA Omniverse
13. 2021:3D打印軟件專題報告之《3D打印云平臺軟件》
14. 2021:3D打印軟件專題報告之《3D打印機控制軟件》
15. 2021:3D打印軟件專題報告之《計算軟件》