特性增材制造(3D打印)
制造业的几何图形

2018年1月29日消息——荷兰国际集团在2017年底报告称，到2060年，目前的3D打印轨迹可能导致世界贸易的四分之一被淘汰。这是我的场景,3 d打印技术继续发展以19%的年增长率,与本地的可能性3 d打印商品贸易减少40%。场景二世认为加速3 d打印增长率为33%,这将消除世界贸易到2040年的2/5。荷兰国际集团的分析还预测，按照目前的增长速度，40年后，一半的制成品将被印刷出来。

当然，这些长期预测不能考虑所有未来的供需变量，但如今3D打印在全球制造业收入中所占比例不到1%。专门从事3D打印研究的咨询公司沃勒斯(Wohlers Associates)估计，3D打印最终将占据全球制造能力的5%，这将使其成为一个价值6400亿美元的行业(所有数据均以美元计算)。2016年的一份报告3D打印:工业制造的下一次革命据物流巨头联合包裹服务公司(UPS)发布的报告估计，如今的3D打印市场价值在70亿美元到90亿美元之间。咨询公司麦肯锡估计，到2025年，3D打印市场将达到1800亿到4500亿美元。

这些增长预测的范围很大程度上是因为无法完全理解，拥有改变市场能力的大型企业可能会如何利用3D打印改变制造模式。3D打印不太可能主要取代——甚至渗透——多个行业的大规模生产流程，但它确实有可能触及绝大多数离散制造领域。IT研究公司Gartner估计，到2019年，10%的离散制造商将使用3D打印机来制造零部件。

看3 d成长
3D打印最适合制作复杂的小批量产品，如大量使用原型和部件所示。2016年UPS报告称，部件生产是其增长最快的应用，具体来说，功能性部件占29%，原型机占18%。2016年11月，UPS投资了一家名为Fast Radius的公司，推出了一种通过3D打印进行部件生产的新的全球物流模式。Fast Radius的主要生产设施现在位于它所称的世界上最大的包装设施，UPS WorldPort(路易斯维尔，肯塔基州)，也是该公司的全球航空枢纽。Fast Radius解释说，与使用通常由第三方控制的近地位置相比，这种“战略跑道末端位置”可提供多达6小时的额外生产时间。随着技术在功能和成本上的成熟，3D打印可能会在服务局模式下经历增长。

高德纳公司2017年的研究表明，建立内部3D打印能力的兴趣正在“迅速获得关注”。Gartner预测，到2021年，40%的制造企业将建立其所谓的3D打印卓越中心(COE)，并指出波音(Boeing)、强生(Johnson & Johnson)、罗尔斯•罗伊斯(Rolls-Royce)和西门子(Siemens)目前正在进行的工业规模的努力。2016年9月，《财富》网站报道称，3d打印初创公司Carbon从包括通用电气风投(GE Ventures)、宝马集团(BMW group)、尼康(Nikon)和JSR在内的一些投资者那里获得了8100万美元的投资，这是2015年8月GV(前谷歌Ventures)领投的一轮1亿美元融资的延伸。

2017年12月,雅虎财经据报道，Carbon在新一轮融资中获得了1.43亿美元。贝丝·麦肯纳写道:“一旦完成这一轮融资，这家硅谷公司的总融资额将达到4.22亿美元，据报道，该公司的估值将达到17亿美元。”“两家最大的上市纯3D打印公司Stratasys和3D Systems的市值分别为11.4亿美元和11.3亿美元。”

3D打印的增长前景受到风险投资的支持，这些投资来自于像UPS这样拥有世界上最大配送中心网络的老牌公司。作为全球部件生产平台，Fast Radius支持其3D打印能力与第三方供应商的技术，如数控加工和注塑。

制作3 d适合
3D打印可以减少制造工具、模具和生产线改造的昂贵流程的使用。2017年，工业成像巨头理光(Ricoh)开始在日本的一条装配线上，用轻型3D打印夹具和夹具替换一些传统的金属工具，该装配线的操作员通常每天处理200多个零部件。理光正在用防静电ABS塑料制作的3D打印夹具在Stratasys Fortus 900mc打印机上组装电子元件。

“因为我们生产大量的零件，需要花费大量的时间和精力来为每一个零件确定正确的夹具和夹具。随着零件数量的增加，这种手工加工过程变得更加漫长，需要操作员在取出工具并将其放回原来的夹具之前检查每个零件的形状、方向和角度，”理光集团业务发展高级经理Taizo Sakaki解释说。理光通常会将需要两周或更长时间才能生产的机械切割工具外包出去，但理光的工程师现在可以通过3D CAD软件确定夹具的形状和几何形状，并在一天内3D打印出来。

“原型是3 d打印技术存在的原因,因为没有更好的使突发事件特别是高细节的一小部分,”Stephen Nigro说,副总裁,惠普喷墨和图形解决方案有限公司于2016年开始推出多射流融合产品破坏与高速3 d印刷市场,相对低成本的平台。惠普解释说，以目前高成本、高质量的激光烧结机为例，1000个齿轮至少需要38个小时才能完成，而使用Multi Jet Fusion技术，这1000个齿轮可以在3个小时内完成。

UPS在其2016年的报告中分享了来自一家消费电子公司的一位未透露姓名的高级工业设计师的话:“我们的原型的周转时间从3 - 6个月减少到2 - 3周。新产品的上市时间减少了40%至60%。在这里，3D打印被视为开拓新市场的推动者。”UPS解释说，3D打印的下一个重大机遇在智能手机领域。据估计，智能手机占消费电子产品总销量的35%。

UPS的数据显示，作为3D打印的早期采用者，消费电子和汽车行业各贡献了总营收的20%，航空航天行业紧随其后。2017年，梅赛德斯-奔驰卡车开始了其首个3D打印备件服务，允许客户3D打印30多个不同的货运卡车备件。物流巨头DHL在其2016年11月的3D打印报告中解释说，数亿个备件被保存在仓库中。DHL使用来自Kazzata(一个3D打印备件在线市场)的数据估计，过剩库存所占比例可能超过20%。

“(3D打印)可能永远不会像三层楼高的冲压机那样高效地将金属条冲压成面板，但3D打印机可以一次性形成复杂的——实际上是不可能制造的——。Gartner的研究副总裁Pete Basiliere在2016年首次使用其备受推崇的炒作周期报告来分析3D打印(图1)。“我们的预测研究重点关注三个行业——医疗设备、飞机和消费品在3D打印技术的支持下，这些公司在先进制造实践方面取得了重大进展。”

Gartner的研究预测，到2021年，75%的新商用和军用飞机将使用3d打印的引擎、机身和其他部件飞行。“经过20年的使用，”Basiliere解释说，“波音在4个国家的20个地点进行了增材制造，超过5万个3d打印部件用于商业和国防项目。”他指出，通用电气航空公司(GE Aviation)的新型先进涡轮螺旋桨发动机设计，将855个常规制造的部件转换为12个3d打印部件，从而提高了10%的马力，节省了20%的燃料，缩短了开发周期，降低了设计成本。空中客车公司正在利用3D打印技术，在其A350飞机的制造过程中引入了1000多个3D打印部件。巴西利埃尔还指出，空客在2016年推出了一款完全3d打印的无人机，名为雷神，由50个3d打印部件和两个电机组成。“这架飞机长4米，重21公斤，只用了4周就建成了。”

本文最初发表于《制造自动化》2018年1 / 2月刊。