導(dǎo)讀：對增材制造的未來做出預(yù)測并不過分困難，毫無疑問這是一個將不斷發(fā)展壯大和上升的行業(yè)。準(zhǔn)確地了解增材制造行業(yè)的哪些部分將會增長以及 2023 年增材制造的主要趨勢對于相關(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)參與者對于增材制造未來發(fā)展的看法，強調(diào)了我們在來年應(yīng)該期待的一些主要趨勢。為了添加新元素，還將他們的預(yù)測與 ChatGPT AI 聊天機器人的預(yù)測進行了比較。
HP 聚合物 3D 打印全球負責(zé)人 Franois Minec 表示，面對 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，包括對可持續(xù)性、供應(yīng)鏈彈性和自動化的更多關(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 強調(diào)，降低價格以及提高自動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。
個性化、降低成本和提高自動化程度
Minec 先生強調(diào)增材制造將在消費者細分領(lǐng)域發(fā)揮越來越多作用，尤其是在個人定制方面。在眼鏡、運動服和鞋類（甚至紡織品）等領(lǐng)域，增材制造在實際大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用增長是許多增材制造公司押注的趨勢，尤其是一些硬件制造商。他表示：“到 2023 年，由于當(dāng)今競爭激烈的市場對個性化商品的需求增加，這項技術(shù)將在關(guān)鍵行業(yè)取得進展，提供令人興奮的、超個性化的產(chǎn)品和體驗將成為競爭的基準(zhǔn)，3D 打印將以新的制造模式為更多的人創(chuàng)造機會。”
在消費品中采用增材制造與提高工作流程自動化同時降低 3D 打印總成本的能力有著千絲萬縷的聯(lián)系。3D 打印的故事是關(guān)于附加值的故事。3D 打印可實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化，從而提供傳統(tǒng)制造方法無法實現(xiàn)的性能、重量減輕、時間和供應(yīng)鏈優(yōu)勢。
Materialise 的Wilfried Vancraen 強調(diào)說：“有幾個因素決定了3D 打印零件的成本，包括所需的材料、每個零件的生產(chǎn)時間和打印機的類型。一種方法是通過提高工作效率來提高生產(chǎn)能力。軟件通過優(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)整打印過程，使其更加高效和可重復(fù)。隨著越來越多的公司轉(zhuǎn)向這項技術(shù)進行大規(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越難找。Materialise 最近引用的一項調(diào)查表明，對于已經(jīng)在使用或考慮使用 3D 打印的公司來說，招聘具有必要專業(yè)知識的員工隊伍是最大的挑戰(zhàn)。
△Materialise的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Wilfried Vancraen
Vancraen 補充說：“借助3D打印，計劃將3D打印部件的生產(chǎn)規(guī)模擴大到數(shù)千或數(shù)百萬個的制造商需要優(yōu)化和微調(diào)他們獨特的打印流程，以使其在多個生產(chǎn)地點高效、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，無論它們是在何處生產(chǎn)的。創(chuàng)建這樣一個過程既復(fù)雜又耗時，但它能讓公司在競爭中領(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 認為大規(guī)模個性化定制的好處和增材制造交付大規(guī)模定制商品的獨特能力將成為增材制造應(yīng)用的驅(qū)動力。Minec 說：“事實證明，使用更傳統(tǒng)的制造方法很難實現(xiàn)大規(guī)模個性化，但使用 3D 打印，它靈活、經(jīng)濟高效且速度快。從鞋類到矯形器再到運動裝備，如登山鞋、高爾夫球桿或滑雪護目鏡。無論哪個特定行業(yè)，接受大規(guī)模個性化需求的企業(yè)都能夠在整個客戶旅程中推動創(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，將工業(yè) 3D 打印生產(chǎn)規(guī)模擴大到數(shù)千或數(shù)百萬需要可重復(fù)且一致的打印過程。這兩個挑戰(zhàn)增加了對自動化的需求。
近年來，軟件實現(xiàn)了 3D 打印過程各個階段的自動化：從準(zhǔn)備和修復(fù)文件到生成支撐結(jié)構(gòu)、優(yōu)化對象堆疊到構(gòu)建中，甚至是后處理。但這些都是單獨的過程。
在 3D 打印中，這些不同的過程相互依存，共同創(chuàng)建一個完整的數(shù)字制造過程。大規(guī)模工業(yè) 3D 打印的前景要求我們使每個過程以及它們之間的流程自動化。Materialise 將這個概念稱為工作流自動化。
由于創(chuàng)建了允許制造商定義自己獨特的 3D 打印過程的軟件平臺，滿足這種需求的能力正在增長。現(xiàn)在有幾家公司向客戶提供這些解決方案，使他們不僅可以實現(xiàn)單個 3D 打印流程的自動化，還可以實現(xiàn)整個 3D 打印工作流程的自動化，從訂單接收到交付以及其間的一切。
金屬增材制造在整個工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的增長
雖然消費品肯定是大多數(shù)聚合物 3D 打印的重點關(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)常事實上，當(dāng)被問及它認為與 2023 年最相關(guān)的關(guān)鍵 3D 打印趨勢是什么時，ChatGPT 機器人提到的第一個趨勢是金屬 3D 打印技術(shù)的進步。
ChatGPT說：“近年來受到廣泛關(guān)注的一個趨勢是金屬 3D 打印的使用越來越多。金屬 3D 打印涉及使用 3D 打印機從金屬粉末或金屬油墨中制造物體。這項技術(shù)有可能通過允許以最少的浪費和低成本生產(chǎn)復(fù)雜的金屬零件來徹底改變制造業(yè)。”
ChatGPT機器人繼續(xù)對增材制造的關(guān)鍵采用部分進行了全面但準(zhǔn)確的概述：“除了技術(shù)發(fā)展，還有一種趨勢是在各種行業(yè)中越來越多地采用 3D 打櫻航空航天、汽車和醫(yī)療保健行業(yè)的公司一直在探索使用 3D 打印來生產(chǎn)輕型零件、定制假肢甚至整架飛機。在個性化產(chǎn)品的生產(chǎn)中也出現(xiàn)了使用 3D 打印的趨勢，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：“新一代電動汽車的發(fā)展正在推動數(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汽車制造商，如 Rivian 和 Lucid，都在大舉進軍這個仍處于早期階段的市常幾乎每家汽車公司現(xiàn)在都制定了電動汽車戰(zhàn)略，并希望加快生產(chǎn)速度并將其產(chǎn)品推向市場，以滿足不斷增長的需求。希望采用工業(yè) 4.0 數(shù)字制造流程來推動更先進、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：“隨著許多主要航空公司在過去幾年推遲機隊更新，你將看到對新波音和空客飛機的需求繼續(xù)增加。大量的3D 打印部件不僅用于噴氣發(fā)動機，而且用于飛機的內(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，以支持不斷增長的需求和創(chuàng)新，這是他們支持客戶所必需的。”
為了實現(xiàn)這一點，Vancraen 先生說：“必須使用工具來提高質(zhì)量，同時降低增材制造零件的成本。質(zhì)量是有代價的，例如，在醫(yī)療或航空行業(yè)的認證制造中，我們發(fā)現(xiàn)高達 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：“潛力是真實存在的。即使在高度監(jiān)管和認證的醫(yī)療行業(yè)，醫(yī)院也越來越多地轉(zhuǎn)向 3D 打印，以在更接近患者的護理點生產(chǎn)醫(yī)療模型和個性化植入物：相當(dāng)于分散式工業(yè)生產(chǎn)模式的醫(yī)療。就像在消費品行業(yè)一樣，需要工作流程自動化來解決定制 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趨勢是，或者說不應(yīng)再將其視為一種趨勢，而是一種必要性，即對可持續(xù)性的重視。惠普調(diào)查發(fā)現(xiàn)，消費者在整個大流行期間改變了他們的購買行為，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開創(chuàng)性技術(shù)，因為它比傳統(tǒng)制造方法更具可持續(xù)性，并促進減少廢物、碳排放、回收和再利用等，例如包裝行業(yè)。
Minec 說：“我們預(yù)計，在未來的一年里，隨著可持續(xù)性和氣候行動的重要性以及公眾對這些問題的意識的提高，更多的企業(yè)將嘗試實施由 3D 打印技術(shù)和循環(huán)經(jīng)濟提供支持的更可持續(xù)的實踐和解決方案它使。2023 年將掀起 3D 打印應(yīng)用的風(fēng)潮，我們預(yù)計該行業(yè)將繼續(xù)增長，因為公司擺脫了傳統(tǒng)供應(yīng)鏈的束縛，并通過突破性應(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)施最近宣布通過核聚變在能源生產(chǎn)方面取得重大突破（這是應(yīng)對可持續(xù)能源挑戰(zhàn)的唯一可能的長期解決方案），他認為制造業(yè)可以而且應(yīng)該成為碳中和戰(zhàn)略的一部分。他說：“隨著美國尋求建立自己的彈性供應(yīng)鏈，這是一個難得的雙贏機會：同時獲得經(jīng)濟和環(huán)境收益。制造業(yè)改善環(huán)境的機會很大；美國環(huán)保署在 2018 年報告說，工業(yè)占美國所有溫室氣體排放量的 22%。隨著可再生能源的成本競爭力不斷增強，利用清潔能源的制造工藝（如依靠電力運行的增材制造）將蓬勃發(fā)展。
DeMuth 繼續(xù)說道：“除了減少我們對環(huán)境的影響外，綠色制造還為企業(yè)提供了競爭優(yōu)勢。隨著 ESG 氣候披露報告標(biāo)準(zhǔn)于 2023 年生效，制造商將需要密切評估他們的材料、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 是通過擴大美國的新型生產(chǎn)工藝進行創(chuàng)新的優(yōu)秀案例。”
△工業(yè)可持續(xù)性的圖像，由另一個人工智能 DALL-E 創(chuàng)建（根據(jù)說明）
DeMuth 總結(jié)道：“全球各行業(yè)節(jié)能減排的愿望很強烈，但缺乏實施。最近的一項全球調(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，包括從鑄造過渡到由可再生能源驅(qū)動的增材制造，是大幅減少排放的明確途徑，”
ChatGPT 通過關(guān)注在增材制造中越來越多地使用可持續(xù)材料以及過程來總結(jié)這些觀點：“近年來出現(xiàn)的另一個趨勢是在 3D 打印中越來越多地使用可持續(xù)材料。人們一直在推動開發(fā)用于 3D 打印的可生物降解和回收材料，并減少 3D 打印過程本身對環(huán)境的影響。”
不可預(yù)測的供應(yīng)鏈
本文最后一個提到的主題趨勢是供應(yīng)鏈的不可預(yù)測性帶來的持續(xù)挑戰(zhàn)，推動了對循環(huán)和分布式制造的持續(xù)需求。DeMuth 認為：“由于供應(yīng)鏈中斷預(yù)計將持續(xù)到 2023 年（及以后），在這些中斷發(fā)生之前和發(fā)生時克服這些中斷的能力將是一個至關(guān)重要的競爭優(yōu)勢�？拷蛻舻闹圃毂镜鼗瘜⒔档徒�(jīng)濟和環(huán)境成本。目前，將一個 40 英尺集裝箱從亞洲運往美國西海岸的成本是疫情大流行前水平的5倍。不可預(yù)測的政策制定和通貨膨脹壓力對那些戰(zhàn)略性地將關(guān)鍵部件的制造地點設(shè)在美國境內(nèi)并靠近裝配廠的公司的影響較校“
DeMuth繼續(xù)說道：“創(chuàng)造允許高精度、具有成本競爭力、可擴展的替代品在本地制造的技術(shù)也消除了離岸制造的動力。本地化制造將為業(yè)務(wù)產(chǎn)品提供彈性的空間，而避免冗余的庫存。”
這種分布式制造方法不僅僅是美國的趨勢。一家歐洲公司 Materialise 也認為，為了解決供應(yīng)鏈中斷問題，制造業(yè)變得更加分散很重要�，F(xiàn)在它可以發(fā)生了。Vancraen 說：“傳統(tǒng)上，制造業(yè)總是集中在一個地方，通常是海外的工廠，在過去幾年中，電力危機使工廠癱瘓并中斷了供應(yīng)鏈。地緣政治緊張局勢隨著環(huán)境問題的增加而加劇。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)向通過離客戶更近的多個小型生產(chǎn)基地運營。然而，許多分布式制造最近的成功案例都來自于面對短期需求時的快速思考，比如在電力危機期間轉(zhuǎn)向現(xiàn)有的本地 3D 打印生產(chǎn)線來生產(chǎn)緊急醫(yī)療用品。3D 打印被被動地使用，只是作為一個臨時的替代品。“
△CNHIndustrial Zedelgem 工廠總監(jiān) Luigi Neirynck
Vancraen 總結(jié)道：“然而，這些解決方案確實引發(fā)了關(guān)于制造業(yè)未來的新對話。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)性方面提供最大價值。這需要改變思維方式：從短期解決方案轉(zhuǎn)向使用 3DP 來可持續(xù)生產(chǎn)經(jīng)過認證的最終用途部件。”
農(nóng)機公司 CNH 就是一個很好的例子。CNHIndustrial Zedelgem 工廠總監(jiān) Luigi Neirynck 解釋說，在疫情大流行期間，CNH 依靠 3D 打印來生產(chǎn)一個重要部件，但由于與 Covid 相關(guān)的運輸限制，他們無法采購這些部件�，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施，本身就可以成為一項成功的戰(zhàn)略，而不是對全球供應(yīng)鏈問題的臨時反應(yīng)。
