3D 打印是否达到了生产力的高峰？

稳步成熟的 3D 打印行业

一些趋势和发展表明该行业正在走向成熟。下面，我们将分析并购活动的增加、技术进步所推动的 3D 打印用途的扩大以及对更大程度的集成和互操作性的渴望。

整合浪潮

大多数新兴行业都是分散的，并随着它们的成熟而整合。根据整合曲线框架，所有行业都遵循相似的生命周期，经历了开放、规模、聚焦、平衡与联盟四个阶段。

使用 3D 打印的框架和历史作为指导，我们可以衡量行业在整合曲线上的位置。

3D打印出现在1980年代，一直到2000年代末，Stratasys、3D System、Materialise等公司在全球布局，并通过保护专有技术建立进入壁垒。

2010 年代初标志着 3D 打印的转型期，它正在进入整合曲线的下一个阶段——规模。该行业呈指数级增长。新的主要参与者出现了，例如 MakerBot、3DHubs、Formlabs 等等。收购数量正在加速增长，主要由 Stratasys 和 3DSystems 领导。

但该行业也围绕它进行了大量炒作。当炒作周期在 2015 年左右触底时，许多人预测 3D 打印行业将终结。

然而，在现实中结束的是消费者的利益。炒作的结束揭示了 3D 打印作为在许多行业具有巨大潜力的制造技术的真正本质。

在消费类3D打印的规模阶段逐渐减少的同时，工业3D打印的规模阶段蓬勃发展。

进入 2020 年代，我们开始从第二个规模阶段转向第三个聚焦阶段——过去 12 个月只是突出了这一趋势，大规模并购活动显着增加。

在过去几个月中，一些最引人注目的 3D 打印并购举措包括：

• Stratasys 收购 Origin
• Stratasys 收购 RPS
• Desktop Metal 收购 EnvisionTEC
• 帝斯曼收购科莱恩部分 3D 打印产品组合
• 科思创收购帝斯曼树脂和功能材料业务线，包括帝斯曼增材制造
• Protolabs 收购 3DHubs
• BEAMIT Group 收购 3T Additive Manufacturing
• 尼康收购 Morf3D 的多数股权

3D 打印并购增加背后的关键战略包括：

• 希望扩大业务范围的制造企业（Nikon &Morf3D）；
• AM 公司提升其在价值链中的地位（例如 Desktop Metal 和 EnvisionTEC）；
• AM 设备制造商吸收创新技术（例如 Stratasys 和 Origin）。

话虽如此，3D打印行业距离Balance&Alliance的最后阶段还有几年的时间，而只有少数行业巨头占据主导地位，市场份额高达70%至90%。

现在看来，2020 年代将以超级交易趋势为标志，这将重塑 3D 打印行业并在全球范围内重新定位。

除了原型制作之外，3D 打印的使用正在增加

自出现以来，3D 打印主要用于原型制作、缩短上市时间和加强产品开发。但是，在过去几年中，我们注意到使用方式发生了变化，3D 打印最终用途部件的百分比在增加。

多项行业调查强调了这一趋势。例如，Ultimaker 的 2021 年 3D 打印情绪指数报告称，原型制作应用减少了 7%，而与 2019 年的结果相比，最终用途零件的使用量增加了 5%。

Jabil 的 3D 打印技术趋势 2021 报告讲述了一个类似的故事。调查指出，虽然原型制作保持平稳，但最终用途零件的 3D 打印使用一直处于增长轨道上。近 55% 的受访公司表示，他们至少使用四分之一的 3D 打印能力来生产功能部件或最终用途部件——与 2019 年的数字相比，这一数字显着增长。

这些数字表明，AM 已经达到了拐点，从一种供爱好者和早期采用者使用的技术发展为具有广泛工业应用的技术。换句话说，AM的采用已经达到了另一个层次——早期成熟的层次。

高速 3D 打印和不断扩展的材料选择

用于功能性应用的 3D 打印的兴起与材料和硬件的进步密切相关。

与传统制造相比，大多数 3D 打印过程缓慢且缺乏用于生产应用的功能性、经认证的材料。

3D 打印行业的参与者设想通过 AM 颠覆传统制造业，必须找到一种方法来实现 3D 打印的工业化。

这意味着开发支持更高产量的技术，以及支持先进 AM 应用的材料。

因此，在硬件方面，我们见证了用于金属的粘合剂喷射和多激光粉末床融合以及用于塑料的还原光聚合工艺的兴起。

与此同时，材料品牌越来越关注高性能材料，包括先进合金和复合材料。

另请阅读：复合 3D 打印：前景光明的新兴技术

最终，将重点转移到具有生产能力的解决方案上，有助于推动 AM 在以前对将 3D 打印用于功能性应用犹豫不决的行业领域的增长。

创建集成的 AM 生态系统

AM 作为工业 4.0 技术，只有通过消除其运营和供应链中的孤岛才能达到成熟。

虽然 AM 的大部分重点仍然放在硬件和材料上，但越来越多的人强调创建一个相互关联的自动化生态系统。

这种趋势在多个方面都很明显，从设计自动化到拓扑优化，再到消除了大部分复杂性和手工劳动的后期制作自动化。

在生产管理方面，出现了专门的增材 MES 软件来自动化订单处理和生产调度流程

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自动化的另一个关键步骤来自硬件制造商，他们正在开放他们的系统以与第三方软件集成。改善 AM 系统和软件解决方案之间的连接性最终将有助于创建一个支持可互操作、可扩展的增材制造的集成生态系统。

生产力平台期：哪些 3D 打印细分市场已经达到？

虽然 3D 打印行业日趋成熟，但其不同细分市场的进展并不统一。

3D 打印的某些领域仍处于早期阶段，例如 3D 打印人体组织，而其他领域则接近成熟阶段，例如使用聚合物进行 3D 打印。

但是，正在攀登成熟平台的其他细分市场是什么？是什么推动了它们的增长？

3D 打印服务提供商

关于 AM 服务行业的一些简要事实：

• 2021 年 Wohlers 报告指出，3D 打印服务提供商在 2020 年创造了高达 50 亿美元的收入；
• 根据安永 2019 年报告，服务提供商占全球 AM 格局的 34%；
• 根据 Jabil 2021 年 3D 打印趋势报告的报告，大约 45% 的公司将 3D 打印工作外包。

在2020年3D打印行业整体下滑的同时，服务业务持续增长。许多（如果不是大多数）公司通过服务提供商熟悉 3D 打印。

随着最近的供应链冲击，公司开始研究 3D 打印可以为其供应链带来的好处——服务提供商成为许多人学习和了解该技术的最初接触点。

然而，3D打印服务行业的竞争与整体行业增长同步增加。

一方面，硬件制造商和材料公司正在推出增材制造服务业务线，或通过收购扩大它们。另一方面，通过单一站点连接买家和供应商的“制造即服务”商业模式正在蓬勃发展。

在这样的竞争格局中，服务提供商必须不断创新，通过提供多样化的服务、标准化和自动化他们的流程以及开拓新市场。

牙科 3D 打印

高速聚合物增材制造技术的引入极大地推动了牙科 3D 打印的发展。

据市场研究公司 SmarTech 估计，增材制造牙科和医疗行业已超过 30 亿美元。

数字牙科——将数字技术引入牙科实践——已成为牙科领域的普遍趋势。 3D 打印是与口内扫描一起推动这一趋势的关键技术之一。

3D 打印在牙科行业有很多应用，包括牙桥模型、手术导板和假牙。然而，透明矫正器模型的制造是当今牙科 3D 打印最常见的用途之一。

根据 SmarTech Analysis 的说法，透明矫正器“可能是当今世界上 3D 打印技术最大的单一应用。”

3D 打印可以通过一批患者的数字扫描直接生产数百个定制模具，从而加快了创建患者专用透明矫正器的过程。

除了 3D 打印之外，没有任何其他技术能够以如此快速且具有成本效益的方式创建如此数量的定制模具。

事实证明，3D 打印改变了牙科行业的游戏规则，它提供了一种解决方案，可以让客户更便宜、更快速、更广泛地使用固定牙齿。

因此，预计到 2021 年底，美国超过 70% 的牙科实验室将拥有 3D 打印技术也就不足为奇了，牙科 3D 打印将在未来五到七年内成为一个价值 92 亿美元的产业。

金属粉末床融合

金属 3D 打印包含许多技术，但其中最成熟的技术之一仍然是金属粉末床融合 (PBF)。

在过去十年中，金属 PBF 3D 打印机制造商一直在努力优化生产技术。为此，我们已经看到主要的市场参与者推出了自动化和集成生产的解决方案。

这些解决方案中的大多数都具有相似的特征：它们是模块化的、可配置的，并提供高度自动化，以最大限度地提高效率并减少所需的手工劳动量。

由于这些发展，激光 PBF 已进入许多行业和应用。航空航天是一个特别热衷于采用金属 PBF 的行业。

今天，金属 PBF 3D 打印部件正在为发动机等关键的飞机和航天器系统提供动力。这就是该技术的关键能力——以简化的装配和更少的材料浪费生产复杂零件——真正发挥作用的地方。

截至目前，激光PBF技术能够重复交付功能部件。然而，在制造商承诺全面生产之前，它仍然需要一些微调和测试。

展望未来，在软件和整体工作流程的进步的推动下，金属 PBF 系统的易用性和可靠性将提高。

支持这一趋势的一个例子来自加利福尼亚的金属 3D 打印机制造商 VELO3D。

在开发名为 Intelligent Fusion 的金属 PBF 技术时，该公司将重点放在了软件和硬件集成上。结果是一个紧密集成的系统，可以用更少的支撑、更好的表面光洁度和更高的成功率打印零件。这反过来又导致更高的可靠性、更快的生产和更少的后处理。

金属 PBF 仍然是金属 3D 打印行业的驱动力。金属 PBF 3D 打印机在其他金属 3D 打印技术中拥有最大的安装基础。与生产其他类型金属 3D 打印机的公司相比，PBF 3D 打印机制造商在金属 3D 打印市场中占有最大份额。

最重要的是，自 2019 年以来，金属在 3D 打印中的使用增长了 20%，而聚合物的使用仅增长了 12%——这是另一个预示着人们对金属 3D 打印成熟度越来越有信心的统计数据。

工业 3D 打印：进入持续增长的十年

3D打印行业进入新的增长和产业化时期。

在当今复杂的环境中，越来越多的公司通过寻求 3D 打印来应对其供应链和制造运营中的限制。

对于我们的行业而言，这意味着 3D 打印不同领域的更多发展，而不仅仅是我上面强调的那些。

增材制造的加速进步最终将把分布式数字制造的愿景变为现实。它一直在进行中，现在它正在慢慢形成，因为 AM 生态系统的所有部分正在逐渐融合在一起。

AM技术完全成熟后，制造业将如何发展？我相信我们不会花太长时间来学习。

在我们的免费白皮书中了解如何奠定基础，以加快向分布式增材制造的转变。