3D打印的未來(lái)：2022年發(fā)展趨勢(shì)

導(dǎo)讀：雖然在過(guò)去的兩年里，疫情全球經(jīng)濟(jì)和人們的生活造成了相當(dāng)大的影響，但對(duì)3D打印行業(yè)來(lái)說(shuō)卻是因禍得福。不僅整個(gè)3D打印市場(chǎng)表現(xiàn)出驚人的彈性和增長(zhǎng)傾向，在全球供應(yīng)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(lái)臨，3D打印又會(huì)向哪些值得期待的趨勢(shì)發(fā)展呢？3D打印技術(shù)在主流應(yīng)用中還會(huì)繼續(xù)保持增長(zhǎng)嗎？

3D打印的大幅面趨勢(shì)

2021年的3D打印的一大趨勢(shì)就是“大”，許多公司致力于制造比平時(shí)更大的產(chǎn)品和設(shè)備：

• 澳大利亞的AML3D公司使用直接能量沉積(DED) 技術(shù)來(lái)制造船用配件
• 荷蘭機(jī)器人公司MX3D利用六軸機(jī)械臂和電弧增材制造技術(shù)在阿姆斯特丹用不銹鋼3D打印了一個(gè)12米長(zhǎng)的橋梁
• Massivit 3D看好大幅面3D打印在亞太市場(chǎng)的潛力，推廣凝膠點(diǎn)膠技術(shù)
• 我國(guó)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(shù)
  

……

△AML3DARCEMY 模塊化金屬3D打印機(jī)技術(shù)原理

在許多工業(yè)領(lǐng)域，制造大型3D打印機(jī)的趨勢(shì)還將持續(xù)到2022年，無(wú)論是金屬、塑料還是光固化樹(shù)脂領(lǐng)域。在這三者中，大幅面金屬3D打印被認(rèn)為具有最大的商業(yè)增長(zhǎng)潛力，到2026年市場(chǎng)價(jià)值預(yù)計(jì)將達(dá)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(shì)，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(shù)的3D打印機(jī)LAKE。使用大面積快速打印 (HARP) 技術(shù)，Azul 3D聲稱LAKE 3D打印機(jī)比其他DLP打印機(jī)快100倍，并且構(gòu)建規(guī)模增加了20倍。如果宣傳屬實(shí)，那么這可能是3D打印向大規(guī)模制造邁進(jìn)的又一大步。

△HARP 3D打印過(guò)程視頻

除了工業(yè)領(lǐng)域，就算是在業(yè)余愛(ài)好方面，玩家對(duì)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(gòu)的FDM打印機(jī)Original Prusa XL，具有36 x 36 x 36厘米的超大構(gòu)建體，點(diǎn)燃了許多3D打印愛(ài)好者的熱血。而它在2020世博會(huì)上展出的AFS自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)也標(biāo)志了3D打印向批量化、大規(guī)模的趨勢(shì)邁進(jìn)。

△Original Prusa XL 3D打印機(jī) [來(lái)源：Prusa Research]

△AFS

更好的操作交互性

不同文件格式的3D模型長(zhǎng)期以來(lái)一直是困擾設(shè)計(jì)和制造行業(yè)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題可以追溯到早期3D建模的時(shí)候，那時(shí)每個(gè)建模開(kāi)發(fā)軟件都提出了獨(dú)特的專有格式。如今，兼容性問(wèn)題已經(jīng)成了跨不同3D掃描、建模和打印平臺(tái)協(xié)作制造不可避免的問(wèn)題。

△NVIDIA Omniverse™是一個(gè)可擴(kuò)展的多GPU實(shí)時(shí)參考開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用于3D模擬和設(shè)計(jì)協(xié)作，并基于Pixar的通用場(chǎng)景描述和NVIDIA RTX™技術(shù)。

2021年，NVIDIA推出了Omniverse，宣稱是可以跨越不同3D設(shè)計(jì)平臺(tái)的3D設(shè)計(jì)軟件。Omniverse的核心使用了通用場(chǎng)景描述 (USD) 格式，這是皮克斯一直用于動(dòng)畫電影的文件格式。憑借Omniverse的靈活性，NVIDIA認(rèn)為它可用于建筑、工程、制造、藝術(shù)、媒體或娛樂(lè)等領(lǐng)域。NVIDIA于近期發(fā)布了Omniverse的免費(fèi)版本，并且軟件的用戶群有望在未來(lái)幾個(gè)月迅速增長(zhǎng)。

南極熊認(rèn)為，Omniverse是否會(huì)彌補(bǔ)3D創(chuàng)作的交互性問(wèn)題還有待觀察。畢竟讓眾多創(chuàng)作者從一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)過(guò)渡到另一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)將會(huì)是一個(gè)緩慢的過(guò)程。然而，這一過(guò)程一旦完成，將會(huì)為3D設(shè)計(jì)和打印帶來(lái)更順暢的協(xié)作效應(yīng)，為大型行業(yè)提供更多服務(wù)。

可持續(xù)性

3D打印從早期開(kāi)始就一直被描述為傳統(tǒng)制造技術(shù)更可持續(xù)的替代品。事實(shí)上，可持續(xù)性一直是3D打印技術(shù)的一個(gè)巨大賣點(diǎn)。與減材制造相比，增材制造在減少材料浪費(fèi)方面有著巨大優(yōu)勢(shì)。它還需要更簡(jiǎn)單的供應(yīng)鏈，減少了大宗物資運(yùn)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(chǎng)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)可持續(xù)性的需求也在不斷增長(zhǎng)。如今，很多長(zhǎng)絲品牌都在積極銷售生物長(zhǎng)絲或由植物等可持續(xù)來(lái)源制成的長(zhǎng)絲，例如Polymaker的環(huán)保耗材系列PolyTerra以及回收農(nóng)夫山泉飲水桶制造環(huán)保聚碳酸酯長(zhǎng)絲。還有制造商呼吁停止使用塑料線軸轉(zhuǎn)而采用紙板線軸，或制定塑料線軸回收計(jì)劃。

△Polymaker®PC-r聚碳酸酯長(zhǎng)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(shù)的發(fā)展賦予了舊塑料第二次生命。從技術(shù)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(jīng)在使用這個(gè)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(lái)看，再生長(zhǎng)絲的打印性能也相當(dāng)不錯(cuò)。

△FILAMENT MAKERS

除了材料生產(chǎn)商，許多長(zhǎng)絲擠出設(shè)備制造公司還推出了相關(guān)硬件，幫助3D打印愛(ài)好者使用廢棄的塑料或者廢棄的3D打印產(chǎn)品重新制造新的長(zhǎng)絲。Filabot和3DEVO的Filament Makers都是這一類中比較受歡迎的產(chǎn)品。南極熊相信這一類產(chǎn)品未來(lái)還會(huì)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(chǎng)對(duì)可持續(xù)產(chǎn)品的呼聲越來(lái)越高，南極熊預(yù)計(jì)3D打印行業(yè)會(huì)做出相應(yīng)的回應(yīng)，并推出更可持續(xù)的產(chǎn)品。由回收材料或環(huán)境友好材料制成的長(zhǎng)絲會(huì)變得更加普及，塑料線軸和廢棄3D打印產(chǎn)品的回收計(jì)劃也會(huì)在執(zhí)行層面上變得更加可行。此外，或許還會(huì)有更多藝術(shù)家會(huì)使用3D打印與回收材料創(chuàng)造藝術(shù)，值得期待。

軟件解決方案

新冠疫情給全球帶來(lái)的影響加速了3D打印成為下一代技術(shù)的步伐。由于供應(yīng)鏈在世界范圍內(nèi)受阻，3D打印憑借著分布式生產(chǎn)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(jì)，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(xiàng)技術(shù)的局限性。

△南極熊3D打印云平臺(tái)軟件專題

雖然3D打印是一種快速生產(chǎn)零件的好方法，尤其是在有限的條件下，但對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)仍然不太實(shí)用。如果一家公司需要制作數(shù)百萬(wàn)個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)缺點(diǎn)，3D打印行業(yè)正在尋找可以更好地簡(jiǎn)化制造過(guò)程的軟件方案。工作流管理似乎是3D打印技術(shù)進(jìn)化發(fā)展的下一步，將這種制造過(guò)程更適合大規(guī)模工業(yè)制造。

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

開(kāi)發(fā)此類軟件的目標(biāo)是優(yōu)化3D打印工作流程，從而使產(chǎn)品更加經(jīng)濟(jì)。這將使3D打印作為成品零件的更具競(jìng)爭(zhēng)力的制造方法，而不僅僅是原型制造。這一領(lǐng)域的外國(guó)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(rèn)為，使用3D打印進(jìn)行大規(guī)模制造目前仍然遙不可及。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，無(wú)論是在硬件還是軟件方面，都需要在技術(shù)方面有相當(dāng)大的提升。然而，關(guān)注軟件開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)這一最終目標(biāo)邁出的一步。

總結(jié)

南極熊親眼見(jiàn)證了過(guò)去兩年世界發(fā)生的翻天覆地的變化，看到了3D打印市場(chǎng)的再度崛起，并以強(qiáng)勁的勢(shì)頭有望在2022年繼續(xù)蓬勃發(fā)展。越來(lái)越多的人在關(guān)注、談?wù)?D打印，無(wú)論是作為愛(ài)好，還是制造的替代品。不過(guò)，無(wú)論是興趣程度還是從行業(yè)需求角度，南極熊預(yù)計(jì)上面列出的這些主題將成為2022年3D打印新聞的焦點(diǎn)。我們真心為3D打印的發(fā)展感到驚喜，也希望這項(xiàng)技術(shù)能夠帶給人類社會(huì)更多的貢獻(xiàn)，讓我們一起拭目以待吧！

參考閱讀：

1. 我國(guó)成功突破大幅面金屬3D打印電子槍陣列掃描技術(shù)，清研智束電子束EBM
2. 專訪Massivit 3D汪祥艮：亞太市場(chǎng)大幅面3D打印蘊(yùn)藏巨大發(fā)展?jié)摿?/a>
3. MX3D融資225萬(wàn)歐元，推動(dòng)機(jī)器人焊接電弧金屬3D打印技術(shù)
4. 大型電弧熔絲金屬3D打印高強(qiáng)度合金，AML3D開(kāi)辟新市場(chǎng)新應(yīng)用
5. 有點(diǎn)驚艷！從2020迪拜世博會(huì)的Prusa自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)AFS看未來(lái)制造
6. Prusa Research發(fā)布CoreXY結(jié)構(gòu)、5打印頭3D打印機(jī)OriginalPrusa XL，開(kāi)啟預(yù)購(gòu)
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8. 再生塑料現(xiàn)身TCT！科思創(chuàng)與Polymaker合作開(kāi)發(fā)新型聚碳酸酯長(zhǎng)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(zhǎng)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(bào)告之《3D打印云平臺(tái)軟件》
14. 2021:3D打印軟件專題報(bào)告之《3D打印機(jī)控制軟件》
15. 2021:3D打印軟件專題報(bào)告之《計(jì)算軟件》