2024 年增材制造：整合、擴(kuò)張和智能工廠，多位行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者討論未來發(fā)展方向

2023年12月，有外媒采訪了幾位增材制造行業(yè)運(yùn)營商、領(lǐng)導(dǎo)者和先驅(qū)者，他們闡述了增材制造在2024年將會遇到的機(jī)遇，確定了從技術(shù)集成到新材料和智能工廠的幾個關(guān)鍵領(lǐng)域。許多人都認(rèn)為人工智能將在推進(jìn)增材制造方面發(fā)揮巨大作用，以下是ChatGPT給出的 AM 的關(guān)鍵趨勢，這些趨勢可能會在新的一年中持續(xù)下去，同時它也非常清楚地表明，人工智能本身只能幫助我們進(jìn)行一般觀察，還沒有任何人工智能可以取代人類專家分析。



以下是 Chat GPT 認(rèn)為增材制造行業(yè)最可能在 2024 年持續(xù)的趨勢：

●采用率不斷提高：增材制造一直在穩(wěn)步增長，其在航空航天、醫(yī)療保健、汽車和消費(fèi)品等各個領(lǐng)域的采用可能會繼續(xù)增加。

●材料的進(jìn)步：研究人員和公司正在不斷開發(fā)用于3D打印的新材料，這可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍并提高打印物體的質(zhì)量。

●更大、更快的打印機(jī)：隨著技術(shù)的進(jìn)步，3D 打印機(jī)可能會變得更大、更快、更高效，從而可以在更短的時間內(nèi)生產(chǎn)更大、更復(fù)雜的零件。

●可持續(xù)性：可持續(xù)性是制造業(yè)日益受到關(guān)注的問題，增材制造行業(yè)可能會越來越關(guān)注環(huán)保材料和工藝，這包括回收或生物基材料的發(fā)展。

●定制和個性化：3D 打印的優(yōu)勢之一是能夠創(chuàng)建定制和個性化產(chǎn)品。到 2024 年，會看到更廣泛的行業(yè)利用這種能力來滿足個人客戶的需求。

●監(jiān)管變化：政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會針對增材制造引入新的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)，特別是在安全和質(zhì)量至關(guān)重要的醫(yī)療保健和航空航天等領(lǐng)域。

●與其他技術(shù)的集成：增材制造可能會繼續(xù)與人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和區(qū)塊鏈等其他新興技術(shù)集成，以改進(jìn)設(shè)計(jì)、監(jiān)控和供應(yīng)鏈管理。

智慧工廠邁向生產(chǎn)之路
增材制造行業(yè)的利益相關(guān)者可以對增材制造的未來提供更詳細(xì)的評估。大多數(shù)展望都集中在工廠車間將如何隨著增材制造采用的增加而發(fā)生變化。Xometry表示，人工智能是制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵，制造業(yè)首席執(zhí)行官表示，人工智能將在未來一到兩年內(nèi)在他們的公司中發(fā)揮重要作用。在已經(jīng)實(shí)施人工智能的首席執(zhí)行官中，超過 70% 的人在供應(yīng)鏈管理、質(zhì)量控制和采購等關(guān)鍵領(lǐng)域看到了顯著的投資回報(bào)率。

●但無論是否人工智能，這一切都從工廠車間開始。Markforged戰(zhàn)略應(yīng)用工程高級經(jīng)理 Tripp Burd說道：“在制造業(yè)中，經(jīng)常被忽視的核心是工廠車間，復(fù)雜的流程在這里展開，使消費(fèi)品完美地呈現(xiàn)在大眾面前，先進(jìn)技術(shù)的引入強(qiáng)調(diào)了該領(lǐng)域?qū)��?chuàng)新的迫切需求。隨著消費(fèi)者需求的增加和供應(yīng)鏈中斷的持續(xù)存在，工廠車間成為解決方案的紐帶，這些解決方案不僅可以滿足不斷增長的需求，還可以應(yīng)對頻繁中斷帶來的挑戰(zhàn)。”


△Makrforged 3D 打印機(jī)

“集成的硬件和軟件將成為推動工廠車間恢復(fù)能力的證明。通過使制造商和原始設(shè)備制造商能夠按需生產(chǎn)精密組件并減少對傳統(tǒng)制造方法的依賴，這些尖端解決方案將成為應(yīng)對更廣泛供應(yīng)鏈中的延誤和挑戰(zhàn)的重要工具。這些創(chuàng)新方法在工廠車間的融合對于確保生產(chǎn)效率和當(dāng)今快速變化的工業(yè)格局所需的適應(yīng)性至關(guān)重要。”


△Jeffrey A. Graves 博士被任命為 3D Systems 新任總裁兼首席執(zhí)行官

●3D Systems首席執(zhí)行官Jeffrey A Graves同意“增材制造加速創(chuàng)新的能力將在消費(fèi)品領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用”這一觀點(diǎn)。他表示：“隨著進(jìn)入門檻的降低，增材制造作為生產(chǎn)技術(shù)的采用不斷加速。這在耐用消費(fèi)品行業(yè)中變得越來越明顯，增材制造曾經(jīng)被視為原型制作的推動者，這可以縮短產(chǎn)品開發(fā)時間。隨著我們進(jìn)入 2024 年，我預(yù)計(jì)許多消費(fèi)品制造商將繼續(xù)將增材制造集成到許多應(yīng)用的生產(chǎn)工作流程中，特別是在電子行業(yè)。消費(fèi)者不斷尋求最新的技術(shù)來幫助他們溝通和管理個人生活。增材制造能夠加快企業(yè)創(chuàng)新的步伐，不僅能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，而且能夠推動產(chǎn)品的開發(fā)，為消費(fèi)者提供前所未有的能力。“

Graves 預(yù)計(jì)，在各個行業(yè)中，增材制造在生產(chǎn)應(yīng)用中的集成將繼續(xù)在幫助減輕供應(yīng)鏈中斷方面取得重要進(jìn)展。他總結(jié)道：“行業(yè)領(lǐng)先的制造商不斷意識到，增材制造使他們能夠通過本地制造來控制供應(yīng)鏈。這反過來又有助于通過減少供應(yīng)商數(shù)量和消除昂貴的物流提供商跨地區(qū)運(yùn)輸組件的需要來降低成本。這還有可能通過最大限度地減少制造商的碳足跡來對環(huán)境產(chǎn)生積極影響�！�

●對于Materialise首席技術(shù)官 Bart Van der Schueren來說，制造商之間的 3D 打印生產(chǎn)之路將存在分歧。該公司期望根據(jù)客戶的需求，兩種明確定義的路徑共存。第一種更傳統(tǒng)的與服務(wù)機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行快速、經(jīng)濟(jì)高效的打印的模式將通過原型和其他一次性零件的生產(chǎn)繼續(xù)蓬勃發(fā)展。


△Bart Van der Schueren，Materialise 首席技術(shù)官

然而，隨著 3D 打印在生產(chǎn)中的使用不斷增加，可能會有更多制造商轉(zhuǎn)向在內(nèi)部引入 3D 打印知識來大規(guī)模生產(chǎn)最終用途零件。如果制造商能夠彌合知識差距，第二條途徑將幫助創(chuàng)新者進(jìn)行增材制造設(shè)計(jì)并針對其特定應(yīng)用優(yōu)化獨(dú)特的 3D 打印工藝。

●Protolabs意大利國家經(jīng)理 Matteo Carola更具體地探討了人工智能、5G 和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將在 2024 年發(fā)揮越來越大的作用。他解釋道： “隨著人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算的發(fā)展，將帶來降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)安全性和可持續(xù)性等優(yōu)勢。2023 年是 3D 打印機(jī)安裝量創(chuàng)紀(jì)錄的一年，市場將受益于人工智能帶來的效率、速度和可訪問性。原型制作仍然是 3D 打印的主要應(yīng)用，但我們看到最終用途零件的產(chǎn)量不斷增加，尤其是金屬增材制造 (AM)，這意味著它將作為一種成熟的生產(chǎn)方法繼續(xù)發(fā)展�！�

Carola 指出：”人工智能的應(yīng)用預(yù)計(jì)將進(jìn)一步改進(jìn)，能夠在錯誤發(fā)生之前檢測和糾正錯誤，節(jié)省時間并提高安全性。像 ChatGPT 這樣的特定程序通過語音命令簡化了設(shè)計(jì)過程，而不需要編碼來對項(xiàng)目的幾何復(fù)雜性進(jìn)行編程�！�


△Mighty Buildings 首席執(zhí)行官 Scott Gebicke。

然而，人工智能和增材制造預(yù)計(jì)不會奪走工作崗位。建筑 3D 打印公司Mighty Buildings 的首席執(zhí)行官 Scott Gebicke表示，“我們還不會看到人工智能影響現(xiàn)場或工廠的工作。人工智能工具的集成將側(cè)重于提高效率、安全性和決策流程，補(bǔ)充現(xiàn)場和工廠工人的技能�！�

早在 COVID-19 爆發(fā)之前，制造業(yè)就處于勞動力危機(jī)中。根據(jù)美國勞工統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，疫情四年后，制造業(yè)就業(yè)市場有所改善，仍有超過 60 萬個制造業(yè)崗位短缺等待填補(bǔ)。隨著美國制造業(yè)變得更加高科技，首席執(zhí)行官們?nèi)匀粨?dān)心吸引高技能人才。根據(jù) Xometry 的研究，超過一半 (56%) 的首席執(zhí)行官表示，他們在當(dāng)今緊張的勞動力市場中很難找到合格的員工。

共享、分布式和可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)
根據(jù)Xometry 的調(diào)查，回流趨勢將繼續(xù)呈上升趨勢，到 2023 年，76% 的制造業(yè)首席執(zhí)行官已成功將其部分或全部業(yè)務(wù)回流。


△Shai Terem，Markforged 總裁兼首席執(zhí)行官

●Markforged 首席執(zhí)行官 Shai Terem表示：“制造業(yè)與共享經(jīng)濟(jì)的交叉將重新定義傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，并以點(diǎn)對點(diǎn)模式重塑工業(yè)格局。擁有庫存零件的設(shè)施是其他原始設(shè)備制造商使用的理想資源。保持大量的實(shí)物庫存會占用可能多年未動的部分的資金�！�

將零件轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作生產(chǎn)中心的能力將為分布式制造的未來鋪平道路。這涉及將 3D 打印與數(shù)字化平臺集成，允許在需要的時間和地點(diǎn)上傳和打印零件，而無需提前制造、運(yùn)輸和存儲直到需要為止。

Terem 得出的結(jié)論是，結(jié)果將是從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向更加個性化、按需制造和端到端過程控制的交付。他認(rèn)為，在制造商多年來因疫情和供應(yīng)鏈中斷而感到分裂之后，共享經(jīng)濟(jì)市場中制造業(yè)的未來將創(chuàng)建一個更加可持續(xù)和互聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)。

●Replique聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營官 Henrike Wonneberger認(rèn)為， 2024 年將是減少資本占用以保持競爭力的一年�！肮�司必須分析效率低下的流程，這涉及對低效流程進(jìn)行嚴(yán)格分析，重點(diǎn)關(guān)注最大限度地降低存儲成本，而存儲成本通常占零件總成本的 20%。發(fā)展到具有按需制造的數(shù)字倉庫可能是一個巨大的機(jī)會。這消除了大量實(shí)物庫存的必要性，確保企業(yè)能夠快速有效地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)波動�！�


△Henrike Wonneberger，Replique 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營官

Wonneberger 繼續(xù)說道：“使公司能夠通過互聯(lián)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分散生產(chǎn)，就在需要零件時，沒有最低訂購數(shù)量。這種方法可以帶來更高的靈活性和成本效率，以及更可持續(xù)的供應(yīng)鏈。該平臺的成功取決于其滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不僅強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)安全性，而且最重要的是數(shù)據(jù)完整性。無論零件的生產(chǎn)地點(diǎn)如何，統(tǒng)一的零件質(zhì)量將是一個關(guān)鍵考慮因素�！�

盡可能靠近使用點(diǎn)制造產(chǎn)品具有多種優(yōu)勢。首先，它通過避免零件和產(chǎn)品的長途運(yùn)輸來滿足更大可持續(xù)性的需求，并幫助組織管理供應(yīng)鏈的不確定性。雖然由于資源、專業(yè)知識和供應(yīng)的原因并不總是可行，但與當(dāng)?shù)卦O(shè)施或供應(yīng)商合作可以使公司更加靈活，能夠更靈活地響應(yīng)不斷變化的客戶需求和市場趨勢。
●Protolabs 的馬特·卡羅拉 (Matt Carola)認(rèn)為，制造商將越來越多地采用混合方法，既涉及集中式設(shè)施，又涉及更多本地設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，以滿足他們的需求。


△Matteo Carola，Protolabs 意大利國家經(jīng)理
垂直整合也正在成為克服供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)的一種方式，特別是在航空航天領(lǐng)域。組織希望更好地控制供應(yīng)鏈的質(zhì)量和能力水平，特別是對于氫等新興技術(shù)。這兩種選擇都意味著公司希望確定能源來源、職業(yè)道德以及回收和廢物處理標(biāo)準(zhǔn)。

這就引出了制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的話題。許多公司越來越關(guān)注凈零排放的未來，并采取積極行動來限制整個工業(yè)供應(yīng)鏈的溫室氣體排放。根據(jù)前面提到的Xometry調(diào)查，52% 的首席執(zhí)行官認(rèn)為氣候變化是人類活動造成的生存威脅。預(yù)計(jì)，到 2024 年，公司將實(shí)現(xiàn)將可持續(xù)發(fā)展作為業(yè)務(wù)目標(biāo)，加大對測量和跟蹤工具的投資，以優(yōu)先考慮其運(yùn)營的脫碳。

●Mighty Buildings首席執(zhí)行官 Scott Gebicke提出了他對快速增長的建筑 3D 打印領(lǐng)域的看法�？紤]到普遍關(guān)注的問題，他預(yù)計(jì)，隨著極端天氣事件的頻率增加，節(jié)約用水和隱含碳將成為可持續(xù)發(fā)展對話的中心議題。近年來，能源效率一直是對話、法規(guī)和激勵措施的焦點(diǎn)——他說——然而，隱含碳（我們用來建造的材料）和節(jié)水的影響正變得越來越明顯，我們預(yù)計(jì)會出現(xiàn)激增旨在促進(jìn)節(jié)水和可持續(xù)材料的金融、保險(xiǎn)和監(jiān)管激勵措施。2023 年的重大立法行動開創(chuàng)了先例：佛羅里達(dá)州為灰水系統(tǒng)引入了大量稅收抵免（根據(jù)法規(guī) 220.199）；亞利桑那州對缺乏充足地下水的地區(qū)的新建筑許可證實(shí)施了限制；歐洲要求大公司進(jìn)行更嚴(yán)格的排放報(bào)告。


△Materialise 的工廠車間。

回到工業(yè)制造領(lǐng)域，Protolabs 的 Matteo Carola 認(rèn)為可持續(xù)發(fā)展仍然是制造業(yè)的首要任務(wù)，無論是組織的流程還是他們創(chuàng)造的產(chǎn)品。他表示：“航空航天、汽車和能源等行業(yè)都有立法目標(biāo)需要實(shí)現(xiàn)，例如到 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零排放，因此他們的大部分產(chǎn)品開發(fā)都集中在脫碳和超高效技術(shù)的結(jié)合上。我們對 450 名制造業(yè)高管的研究表明，可持續(xù)發(fā)展是創(chuàng)新的關(guān)鍵驅(qū)動力，也是制造商開發(fā)新產(chǎn)品的根本原因。數(shù)字化制造發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樗�可以�?shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn)并減少浪費(fèi)�！�


△Reji Puthenveetil 3D Systems 工業(yè)解決方案執(zhí)行副總裁。

2024 年應(yīng)用增材制造的主要行業(yè)
2024 年，更智能、更分布式、更可持續(xù)的增材制造工廠將用于生產(chǎn)什么？3D Systems 工業(yè)解決方案執(zhí)行副總裁 Reji Puthenveetil認(rèn)為，增材制造已經(jīng)展示了其為各種工業(yè)應(yīng)用改變制造工作流程的能力�！拔覀兝^續(xù)看到鑄造和航空航天以及石油和天然氣領(lǐng)域的進(jìn)步。然而，當(dāng)我們進(jìn)入 2024 年時，我相信我們將看到增材制造在半導(dǎo)體和耐用消費(fèi)品這兩個行業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。半導(dǎo)體光刻和晶圓加工設(shè)備需要不斷創(chuàng)新，以滿足日益復(fù)雜的微芯片生產(chǎn)對精度、速度、可靠性和生產(chǎn)力的要求。此外，對提高質(zhì)量、改善總體擁有成本、縮短上市時間以及最大限度地減少供應(yīng)鏈中斷的持續(xù)需求仍然存在�！�

除其他關(guān)鍵發(fā)展外，雖然汽車行業(yè)已為 2024 年的增長和創(chuàng)新做好了準(zhǔn)備，但電動汽車制造商在電動汽車方面可能會放慢腳步。Xometry的汽車調(diào)查發(fā)現(xiàn)，84% 的汽車業(yè)高管表示，當(dāng)前的生產(chǎn)時間表和消費(fèi)者需求的減弱可能會使該行業(yè)難以實(shí)現(xiàn)拜登政府未來一年的目標(biāo)。調(diào)查顯示，汽車高管最關(guān)心的是電池創(chuàng)新、充電器兼容性和消費(fèi)者采用速度放緩。

根據(jù)Protolabs《2023年機(jī)器人生產(chǎn)狀況報(bào)告》，軟體機(jī)器人和新材料將對未來五年機(jī)器人生產(chǎn)的發(fā)展影響最大。軟機(jī)器人技術(shù)，例如使機(jī)器人能夠執(zhí)行更多物流任務(wù)的夾具，預(yù)計(jì)在 2022 年至 2027 年間將實(shí)現(xiàn) 35.1% 的復(fù)合年增長率，為生物醫(yī)學(xué)、食品和農(nóng)業(yè)帶來好處。新材料和新技術(shù)的使用需要多次迭代進(jìn)行測試和完善，這就是為什么數(shù)字制造成為加快開發(fā)周期的關(guān)鍵要素。Protolabs Matteo Carola預(yù)計(jì)建模系統(tǒng)中將出現(xiàn)新材料的熱潮，這一過程被稱為 4D 打印。通過使用對熱、光、濕度、電流或壓力等外部元素做出反應(yīng)的反應(yīng)材料，4D 打印的物體可以改變形狀或?qū)傩�。例如，在航空航天工業(yè)中，4D 打印的無人機(jī)機(jī)翼可以響應(yīng)刺激而彎曲高達(dá) 20 度，從而顯著提高效率。在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，4D 打印植入物可以隨著時間的推移適應(yīng)患者的身體。智能織物可以根據(jù)濕度和隨溫度波動而膨脹或收縮的液壓系統(tǒng)組件來調(diào)節(jié)其透氣性。

從更短期來看，Materialise 首席技術(shù)官 Bart Van der Schueren 預(yù)計(jì)中端打印機(jī)技術(shù)的崛起將在來年吸引新的客戶群。雖然傳統(tǒng)上機(jī)器產(chǎn)品要么屬于業(yè)余愛好者，要么屬于工業(yè)類別，但經(jīng)過調(diào)整，在這兩者之間的應(yīng)用范圍中表現(xiàn)出色的中檔打印機(jī)可以為 3D 打印零件（例如汽車行業(yè)的工具和夾具）將打開新的大門。

展望 2024 年，Replique 的 Henrike Wonneberger 預(yù)計(jì)增材制造行業(yè)將迎來增長和成熟。公司對 3D 打印重要性的認(rèn)識不斷增強(qiáng)，現(xiàn)在是時候從最初的設(shè)計(jì)階段開始，將其無縫集成為中小批量系列的主要生產(chǎn)方法。他補(bǔ)充道：“在現(xiàn)有的服務(wù)提供商中，市場整合的趨勢很明顯。集中式平臺預(yù)計(jì)將發(fā)揮關(guān)鍵作用，為公司提供各種服務(wù)的統(tǒng)一界面，解決行業(yè)碎片化的挑戰(zhàn)。這種去中心化的舉措不僅是為了可擴(kuò)展性，也是為了建立一個更加協(xié)作、透明和高效的供應(yīng)鏈�！�