機(jī)器人領(lǐng)域?qū)＜翌A(yù)測(cè) 2023 年增材制造的主要趨勢(shì)

導(dǎo)讀：對(duì)增材制造的未來(lái)做出預(yù)測(cè)并不過(guò)分困難，毫無(wú)疑問(wèn)這是一個(gè)將不斷發(fā)展壯大和上升的行業(yè)。準(zhǔn)確地了解增材制造行業(yè)的哪些部分將會(huì)增長(zhǎng)以及 2023 年增材制造的主要趨勢(shì)對(duì)于相關(guān)公司的發(fā)展至關(guān)重要。

在本期文章中，南極熊總結(jié)了多位領(lǐng)先行業(yè)參與者對(duì)于增材制造未來(lái)發(fā)展的看法，強(qiáng)調(diào)了我們?cè)趤?lái)年應(yīng)該期待的一些主要趨勢(shì)。為了添加新元素，還將他們的預(yù)測(cè)與 ChatGPT AI 聊天機(jī)器人的預(yù)測(cè)進(jìn)行了比較。

HP 聚合物 3D 打印全球負(fù)責(zé)人 François Minec 表示，面對(duì) 2022 年的許多全球挑戰(zhàn)，3D 打印已證明自己是一種可靠、穩(wěn)定且令人興奮的制造方法。在過(guò)去幾年中，3D 打印行業(yè)出現(xiàn)了一些可以確定的主要發(fā)展趨勢(shì)，包括對(duì)可持續(xù)性、供應(yīng)鏈彈性和自動(dòng)化的更多關(guān)注。據(jù)FathomDigital Manufacturing的首席執(zhí)行官 Ryan Martin 稱，商業(yè)旅行將恢復(fù)到疫情大流行前的水平，而Materialise 的首席執(zhí)行官 Wilfried Vancraen 強(qiáng)調(diào)，降低價(jià)格以及提高自動(dòng)化和安全性將是打破增材制造技術(shù)作為工業(yè)制造應(yīng)用障礙的關(guān)鍵。

個(gè)性化、降低成本和提高自動(dòng)化程度

Minec 先生強(qiáng)調(diào)增材制造將在消費(fèi)者細(xì)分領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越多作用，尤其是在個(gè)人定制方面。在眼鏡、運(yùn)動(dòng)服和鞋類（甚至紡織品）等領(lǐng)域，增材制造在實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用增長(zhǎng)是許多增材制造公司押注的趨勢(shì)，尤其是一些硬件制造商。他表示：“到 2023 年，由于當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)對(duì)個(gè)性化商品的需求增加，這項(xiàng)技術(shù)將在關(guān)鍵行業(yè)取得進(jìn)展，提供令人興奮的、超個(gè)性化的產(chǎn)品和體驗(yàn)將成為競(jìng)爭(zhēng)的基準(zhǔn)，3D 打印將以新的制造模式為更多的人創(chuàng)造機(jī)會(huì)�！�

在消費(fèi)品中采用增材制造與提高工作流程自動(dòng)化同時(shí)降低 3D 打印總成本的能力有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。3D 打印的故事是關(guān)于附加值的故事。3D 打印可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而提供傳統(tǒng)制造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的性能、重量減輕、時(shí)間和供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)。

Materialise 的Wilfried Vancraen 強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“有幾個(gè)因素決定了3D 打印零件的成本，包括所需的材料、每個(gè)零件的生產(chǎn)時(shí)間和打印機(jī)的類型。一種方法是通過(guò)提高工作效率來(lái)提高生產(chǎn)能力。軟件通過(guò)優(yōu)化構(gòu)建成為可能，在這方面發(fā)揮了重要作用。我們還可以調(diào)整打印過(guò)程，使其更加高效和可重復(fù)。隨著越來(lái)越多的公司轉(zhuǎn)向這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，3D 打印繼續(xù)改變工廠車間。但為了加速這種采用，我們的行業(yè)將不得不付出額外的努力，以在2023 年降低 3D 打印的成本。”

3D打印是一種數(shù)字化制造技術(shù)，但仍需要大量的人工干預(yù)，而這些熟練工人越來(lái)越難找。Materialise 最近引用的一項(xiàng)調(diào)查表明，對(duì)于已經(jīng)在使用或考慮使用 3D 打印的公司來(lái)說(shuō)，招聘具有必要專業(yè)知識(shí)的員工隊(duì)伍是最大的挑戰(zhàn)。

△惠普公司聚合物3D打印業(yè)務(wù)全球負(fù)責(zé)人François Minec

Vancraen 補(bǔ)充說(shuō)：“借助3D打印，計(jì)劃將3D打印部件的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)的制造商需要優(yōu)化和微調(diào)他們獨(dú)特的打印流程，以使其在多個(gè)生產(chǎn)地點(diǎn)高效、可靠和可重復(fù)。智能生產(chǎn)流程可確保所有 3D 打印組件具有相同的質(zhì)量，無(wú)論它們是在何處生產(chǎn)的。創(chuàng)建這樣一個(gè)過(guò)程既復(fù)雜又耗時(shí)，但它能讓公司在競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先一步。除了數(shù)據(jù)安全之外，數(shù)據(jù)完整性將成為采用數(shù)字制造的公司的首要考慮因素。”

盡管面臨許多挑戰(zhàn)，Minec 認(rèn)為大規(guī)模個(gè)性化定制的好處和增材制造交付大規(guī)模定制商品的獨(dú)特能力將成為增材制造應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力。Minec 說(shuō)：“事實(shí)證明，使用更傳統(tǒng)的制造方法很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化，但使用 3D 打印，它靈活、經(jīng)濟(jì)高效且速度快。從鞋類到矯形器再到運(yùn)動(dòng)裝備，如登山鞋、高爾夫球桿或滑雪護(hù)目鏡。無(wú)論哪個(gè)特定行業(yè)，接受大規(guī)模個(gè)性化需求的企業(yè)都能夠在整個(gè)客戶旅程中推動(dòng)創(chuàng)造力和創(chuàng)新，讓客戶感到驚訝和想要更多�！�

△Materialise的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Wilfried Vancraen

與此同時(shí)，將工業(yè) 3D 打印生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)需要可重復(fù)且一致的打印過(guò)程。這兩個(gè)挑戰(zhàn)增加了對(duì)自動(dòng)化的需求。

近年來(lái)，軟件實(shí)現(xiàn)了 3D 打印過(guò)程各個(gè)階段的自動(dòng)化：從準(zhǔn)備和修復(fù)文件到生成支撐結(jié)構(gòu)、優(yōu)化對(duì)象堆疊到構(gòu)建中，甚至是后處理。但這些都是單獨(dú)的過(guò)程。

在 3D 打印中，這些不同的過(guò)程相互依存，共同創(chuàng)建一個(gè)完整的數(shù)字制造過(guò)程。大規(guī)模工業(yè) 3D 打印的前景要求我們使每個(gè)過(guò)程以及它們之間的流程自動(dòng)化。Materialise 將這個(gè)概念稱為工作流自動(dòng)化。

由于創(chuàng)建了允許制造商定義自己獨(dú)特的 3D 打印過(guò)程的軟件平臺(tái)，滿足這種需求的能力正在增長(zhǎng)。現(xiàn)在有幾家公司向客戶提供這些解決方案，使他們不僅可以實(shí)現(xiàn)單個(gè) 3D 打印流程的自動(dòng)化，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè) 3D 打印工作流程的自動(dòng)化，從訂單接收到交付以及其間的一切。

金屬增材制造在整個(gè)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的增長(zhǎng)

雖然消費(fèi)品肯定是大多數(shù)聚合物 3D 打印的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域，但航空航天、汽車和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域則是金屬 3D 打印應(yīng)用的戰(zhàn)場(chǎng)。事實(shí)上，當(dāng)被問(wèn)及它認(rèn)為與 2023 年最相關(guān)的關(guān)鍵 3D 打印趨勢(shì)是什么時(shí)，ChatGPT 機(jī)器人提到的第一個(gè)趨勢(shì)是金屬 3D 打印技術(shù)的進(jìn)步。

ChatGPT說(shuō)：“近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的一個(gè)趨勢(shì)是金屬 3D 打印的使用越來(lái)越多。金屬 3D 打印涉及使用 3D 打印機(jī)從金屬粉末或金屬油墨中制造物體。這項(xiàng)技術(shù)有可能通過(guò)允許以最少的浪費(fèi)和低成本生產(chǎn)復(fù)雜的金屬零件來(lái)徹底改變制造業(yè)�！�

ChatGPT機(jī)器人繼續(xù)對(duì)增材制造的關(guān)鍵采用部分進(jìn)行了全面但準(zhǔn)確的概述：“除了技術(shù)發(fā)展，還有一種趨勢(shì)是在各種行業(yè)中越來(lái)越多地采用 3D 打印。航空航天、汽車和醫(yī)療保健行業(yè)的公司一直在探索使用 3D 打印來(lái)生產(chǎn)輕型零件、定制假肢甚至整架飛機(jī)。在個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)中也出現(xiàn)了使用 3D 打印的趨勢(shì)，例如定制珠寶和服裝。”

△SeuratTechnologies 首席執(zhí)行官 James De Muth。

Fathom 首席執(zhí)行官 RyanMartin十分了解這意味著什么，他指出：“新一代電動(dòng)汽車的發(fā)展正在推動(dòng)數(shù)字制造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。特斯拉仍然是領(lǐng)導(dǎo)者，但福特、通用汽車和其他早期電動(dòng)汽車制造商，如 Rivian 和 Lucid，都在大舉進(jìn)軍這個(gè)仍處于早期階段的市場(chǎng)。幾乎每家汽車公司現(xiàn)在都制定了電動(dòng)汽車戰(zhàn)略，并希望加快生產(chǎn)速度并將其產(chǎn)品推向市場(chǎng)，以滿足不斷增長(zhǎng)的需求。希望采用工業(yè) 4.0 數(shù)字制造流程來(lái)推動(dòng)更先進(jìn)、更有效、更高效的制造流程�！�

Ryan Martin 也看好航空航天領(lǐng)域，他說(shuō)：“隨著許多主要航空公司在過(guò)去幾年推遲機(jī)隊(duì)更新，你將看到對(duì)新波音和空客飛機(jī)的需求繼續(xù)增加。大量的3D 打印部件不僅用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而且用于飛機(jī)的內(nèi)部。航空航天公司是早期采用者，并將繼續(xù)非常依賴增材制造，以支持不斷增長(zhǎng)的需求和創(chuàng)新，這是他們支持客戶所必需的�！�

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，Vancraen 先生說(shuō)：“必須使用工具來(lái)提高質(zhì)量，同時(shí)降低增材制造零件的成本。質(zhì)量是有代價(jià)的，例如，在醫(yī)療或航空行業(yè)的認(rèn)證制造中，我們發(fā)現(xiàn)高達(dá) 70% 的生產(chǎn)成本用于質(zhì)量控制。”

△FathomDigital Manufacturing 的首席執(zhí)行官 Ryan Martin

Fathom 和Materialise 則看到了增材制造在醫(yī)療行業(yè)中應(yīng)用的巨大潛力：“潛力是真實(shí)存在的。即使在高度監(jiān)管和認(rèn)證的醫(yī)療行業(yè)，醫(yī)院也越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向 3D 打印，以在更接近患者的護(hù)理點(diǎn)生產(chǎn)醫(yī)療模型和個(gè)性化植入物：相當(dāng)于分散式工業(yè)生產(chǎn)模式的醫(yī)療。就像在消費(fèi)品行業(yè)一樣，需要工作流程自動(dòng)化來(lái)解決定制 3D 打印解決方案的急劇增加�！�

增材制造的可持續(xù)性發(fā)展

包括 ChatGPT 在內(nèi)的所有受訪者都同意的另一個(gè)趨勢(shì)是，或者說(shuō)不應(yīng)再將其視為一種趨勢(shì)，而是一種必要性，即對(duì)可持續(xù)性的重視。惠普調(diào)查發(fā)現(xiàn)，消費(fèi)者在整個(gè)大流行期間改變了他們的購(gòu)買(mǎi)行為，以更加關(guān)注氣候，現(xiàn)在公司有責(zé)任這樣做。這超越了目標(biāo)設(shè)定和道德約束，而是真正投入工作并取得成果。增材制造被視為這方面的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)，因?yàn)樗�比傳統(tǒng)制造方法更具可持續(xù)性，并促進(jìn)減少?gòu)U物、碳排放、回收和再利用等，例如包裝行業(yè)。

Minec 說(shuō)：“我們預(yù)計(jì)，在未來(lái)的一年里，隨著可持續(xù)性和氣候行動(dòng)的重要性以及公眾對(duì)這些問(wèn)題的意識(shí)的提高，更多的企業(yè)將嘗試實(shí)施由 3D 打印技術(shù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供支持的更可持續(xù)的實(shí)踐和解決方案它使。2023 年將掀起 3D 打印應(yīng)用的風(fēng)潮，我們預(yù)計(jì)該行業(yè)將繼續(xù)增長(zhǎng)，因?yàn)楣�司擺脫了傳統(tǒng)供應(yīng)鏈的束縛，并通過(guò)突破性應(yīng)用顛覆了行業(yè)。”

修拉首席執(zhí)行官 James DeMuth曾在 NIF 設(shè)施工作，該設(shè)施最近宣布通過(guò)核聚變?cè)谀茉瓷�產(chǎn)方面取得重大突破（這是應(yīng)對(duì)可持續(xù)能源挑戰(zhàn)的唯一可能的長(zhǎng)期解決方案），他認(rèn)為制造業(yè)可以而且應(yīng)該成為碳中和戰(zhàn)略的一部分。他說(shuō)：“隨著美國(guó)尋求建立自己的彈性供應(yīng)鏈，這是一個(gè)難得的雙贏機(jī)會(huì)：同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)和環(huán)境收益。制造業(yè)改善環(huán)境的機(jī)會(huì)很大；美國(guó)環(huán)保署在 2018 年報(bào)告說(shuō)，工業(yè)占美國(guó)所有溫室氣體排放量的 22%。隨著可再生能源的成本競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)，利用清潔能源的制造工藝（如依靠電力運(yùn)行的增材制造）將蓬勃發(fā)展。

DeMuth 繼續(xù)說(shuō)道：“除了減少我們對(duì)環(huán)境的影響外，綠色制造還為企業(yè)提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著 ESG 氣候披露報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)于 2023 年生效，制造商將需要密切評(píng)估他們的材料、供應(yīng)商和流程，并在生產(chǎn)的每一步都轉(zhuǎn)向更可持續(xù)的選擇。6K 和 IperionX 是通過(guò)擴(kuò)大美國(guó)的新型生產(chǎn)工藝進(jìn)行創(chuàng)新的優(yōu)秀案例�！�

△工業(yè)可持續(xù)性的圖像，由另一個(gè)人工智能 DALL-E 創(chuàng)建（根據(jù)說(shuō)明）

DeMuth 總結(jié)道：“全球各行業(yè)節(jié)能減排的愿望很強(qiáng)烈，但缺乏實(shí)施。最近的一項(xiàng)全球調(diào)查發(fā)現(xiàn)，85% 的組織關(guān)注減少溫室氣體排放，但只有 11% 的組織在過(guò)去五年中根據(jù)其雄心壯志減少了排放。轉(zhuǎn)向更清潔的制造方法，包括從鑄造過(guò)渡到由可再生能源驅(qū)動(dòng)的增材制造，是大幅減少排放的明確途徑，”

ChatGPT 通過(guò)關(guān)注在增材制造中越來(lái)越多地使用可持續(xù)材料以及過(guò)程來(lái)總結(jié)這些觀點(diǎn)：“近年來(lái)出現(xiàn)的另一個(gè)趨勢(shì)是在 3D 打印中越來(lái)越多地使用可持續(xù)材料。人們一直在推動(dòng)開(kāi)發(fā)用于 3D 打印的可生物降解和回收材料，并減少 3D 打印過(guò)程本身對(duì)環(huán)境的影響。”

不可預(yù)測(cè)的供應(yīng)鏈

本文最后一個(gè)提到的主題趨勢(shì)是供應(yīng)鏈的不可預(yù)測(cè)性帶來(lái)的持續(xù)挑戰(zhàn)，推動(dòng)了對(duì)循環(huán)和分布式制造的持續(xù)需求。DeMuth 認(rèn)為：“由于供應(yīng)鏈中斷預(yù)計(jì)將持續(xù)到 2023 年（及以后），在這些中斷發(fā)生之前和發(fā)生時(shí)克服這些中斷的能力將是一個(gè)至關(guān)重要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)�？拷�客戶的制造本地化將降低經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本。目前，將一個(gè) 40 英尺集裝箱從亞洲運(yùn)往美國(guó)西海岸的成本是疫情大流行前水平的5倍。不可預(yù)測(cè)的政策制定和通貨膨脹壓力對(duì)那些戰(zhàn)略性地將關(guān)鍵部件的制造地點(diǎn)設(shè)在美國(guó)境內(nèi)并靠近裝配廠的公司的影響較小�！�

DeMuth繼續(xù)說(shuō)道：“創(chuàng)造允許高精度、具有成本競(jìng)爭(zhēng)力、可擴(kuò)展的替代品在本地制造的技術(shù)也消除了離岸制造的動(dòng)力。本地化制造將為業(yè)務(wù)產(chǎn)品提供彈性的空間，而避免冗余的庫(kù)存�！�

這種分布式制造方法不僅僅是美國(guó)的趨勢(shì)。一家歐洲公司 Materialise 也認(rèn)為，為了解決供應(yīng)鏈中斷問(wèn)題，制造業(yè)變得更加分散很重要。現(xiàn)在它可以發(fā)生了。Vancraen 說(shuō)：“傳統(tǒng)上，制造業(yè)總是集中在一個(gè)地方，通常是海外的工廠，在過(guò)去幾年中，電力危機(jī)使工廠癱瘓并中斷了供應(yīng)鏈。地緣政治緊張局勢(shì)隨著環(huán)境問(wèn)題的增加而加劇。這一切都讓制造企業(yè)重新思考這種集中生產(chǎn)模式�！�

Vancraen 繼續(xù)說(shuō)道：“借助 3D 打印等智能數(shù)字技術(shù)，制造商可以轉(zhuǎn)向通過(guò)離客戶更近的多個(gè)小型生產(chǎn)基地運(yùn)營(yíng)。然而，許多分布式制造最近的成功案例都來(lái)自于面對(duì)短期需求時(shí)的快速思考，比如在電力危機(jī)期間轉(zhuǎn)向現(xiàn)有的本地 3D 打印生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)緊急醫(yī)療用品。3D 打印被被動(dòng)地使用，只是作為一個(gè)臨時(shí)的替代品�！�

△CNHIndustrial Zedelgem 工廠總監(jiān) Luigi Neirynck

Vancraen 總結(jié)道：“然而，這些解決方案確實(shí)引發(fā)了關(guān)于制造業(yè)未來(lái)的新對(duì)話。我們可以看到，許多公司已經(jīng)準(zhǔn)備好采用更具戰(zhàn)略性的方法。他們需要仔細(xì)考慮哪些應(yīng)用程序在供應(yīng)鏈效率或環(huán)境可持續(xù)性方面提供最大價(jià)值。這需要改變思維方式：從短期解決方案轉(zhuǎn)向使用 3DP 來(lái)可持續(xù)生產(chǎn)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的最終用途部件。”

農(nóng)機(jī)公司 CNH 就是一個(gè)很好的例子。CNHIndustrial Zedelgem 工廠總監(jiān) Luigi Neirynck 解釋說(shuō)，在疫情大流行期間，CNH 依靠 3D 打印來(lái)生產(chǎn)一個(gè)重要部件，但由于與 Covid 相關(guān)的運(yùn)輸限制，他們無(wú)法采購(gòu)這些部件�，F(xiàn)在，該公司正在更具戰(zhàn)略性地審視3D 打印如何幫助更經(jīng)濟(jì)高效地管理其供應(yīng)鏈。

最終，由 3D 打印支持的智能分布式制造如果有策略地實(shí)施，本身就可以成為一項(xiàng)成功的戰(zhàn)略，而不是對(duì)全球供應(yīng)鏈問(wèn)題的臨時(shí)反應(yīng)。