您的行业在采用 3D 打印方面的成熟度如何？ [信息图]

[图片来源：EOS]

3D 打印现在已被许多行业用于原型设计、产品开发和生产。从汽车到建筑，各行各业都在采用 3D 打印来推动数字化转型，从而受益于更快的交付周期、更大的设计自由度和数字化制造。

然而，许多公司仍然对采用 3D 打印犹豫不决，通常是因为缺乏对该技术目前在其行业中的使用情况的了解，并且不确定是否是正确的投资时机.

跨行业采用 3D 打印

为了帮助公司更好地了解 3D 打印如何跨行业发展，我们整理了一份成熟度图表，重点介绍了 8 个关键行业。查看下面的信息图：


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该图表分为四个主要采用阶段，我们在下面进行了描述。

• 早期 .在这个阶段，早期采用者才刚刚开始研究该技术的功能。虽然有很多研发计划和试点项目，但实际案例研究却很少。

• 青春期 .该技术的能力正在不断发展。公司正在将 3D 打印用于原型制作应用，并且越来越多的案例研究可用。

• 早期主流 . 3D 打印的使用扩展到工具、功能原型和一些最终用途制造项目。该技术的最佳实践正在开始开发。新案例研究出现的频率更高。

• 成熟阶段 .该技术已被证明、易于理解并已成为许多行业领域的制造方法。关键标准已经制定，可实现大规模可重复的质量。

不同行业的 3D 打印采用程度差异很大。下面，我们将探讨采用该技术的 8 个关键行业的技术状况，以及每个行业的 3D 打印未来前景。

航空航天

舞台 ：早期主流

航空航天业是最早采用3D打印技术的行业之一，该技术的首次使用可以追溯到1989年。20202年，航空航天业占104亿美元添加剂的16.8%制造业市场，为行业内的持续进步做出了重大贡献。

显然，航空航天是3D打印最成熟的行业之一。在这里，该技术为原型设计和工具应用带来了价值，甚至为最终零件生产带来了价值。

该行业的一些最大企业，包括通用电气、空客、波音、赛峰和吉凯恩，已在其生产过程中实施了最先进的 3D 打印技术，尤其是金属3D 打印技术。

今年早些时候，波音公司的 777X 双引擎喷气式飞机首次飞行，其 GE9X 发动机内装有六个 3D 打印部件。这些部件包括 GE 著名的 3D 打印燃料喷嘴，以及其他部件，如温度传感器、燃料混合器和更大的部件，如热交换器和分离器。

除了打印最终用途零件方面，航空航天工业为 3D 打印的进一步工业化做出了重大贡献。一些值得注意的努力包括正在进行的标准化活动和研究计划。

例如，2018 年 2 月，波音与欧瑞康合作，对航空航天应用的钛 3D 打印进行标准化，而 SAE International 在 2018 年发布了四项不同的航空航天 3D 打印标准。

当行业开始谈论标准化时，这是一个明确的迹象，表明一项技术正在从异国情调转向常规制造。

在考虑航空航天领域 3D 打印的预计增长时，市场报告预测未来五年的复合年增长率为 17.5% 至 20.24%。这些数字表明，随着航空航天公司正在寻找新的用例并加深他们在 3D 打印方面的专业知识，该技术的使用将继续激增。

总结

航空航天公司是一些最先进的 3D 打印用户。他们不仅将 3D 打印纳入生产，而且还为标准化工作做出了贡献。随着越来越多的飞机采用 3D 打印部件，该技术显然已进入早期主流采用阶段。

医疗

舞台 ：早期主流

3D 打印在医疗行业获得了巨大的吸引力，扩大了提供个性化护理、生产定制医疗设备和术前模型的机会。

根据市场研究公司 SmarTech 的一份报告，包括材料、服务、软件和硬件在内的医疗 3D 打印市场目前估计为 12.5 亿美元。到 2027 年，这一数字预计将增至 60.8 亿美元。

在医疗3D打印领域，骨科、个性化手术和医疗器械将分为三大板块。

骨科是最大的增长机会之一。 SmarTech 预测，到 2021 年，将有超过 10 亿个植入物采用金属 3D 打印。

这种增长的关键驱动因素之一是能够使用 3D 打印制造卓越的骨科植入物。这种植入物具有复杂的网状结构，可以更好地向内生长骨骼，并最终获得更好的治疗效果。

此外，3D 打印有能力成为制造牙科模型、正畸矫正器、修复体等的领先数字工艺。

3D 打印带来的好处，如增加定制化和高精度，“将把 [牙科] 提升到一个新的水平，并达到将整个行业转变为增材制造的地步，” SmarTech Analysis 研究副总裁 Scott Dunham 预测。

透明矫正器是一种透明形式的牙套，是一个准备通过 3D 打印蓬勃发展的市场。例如，Invisalign 隐形矫正器的制造商 Align Technology 最近增加了对 3D Systems 的 SLA 3D 打印技术的投资。在 Align，该技术每天用于生产超过 320,000 个独特的透明矫正器的模具。

同样，远程透明矫正器治疗的先驱 SmileDirectClub 建立了一支由 49 HP 组成的车队Jet Fusion 4210 3D 打印机。该公司现在计划在明年 3D 打印近 2000 万个口腔模具。

随着 3D 打印技术和材料的进步，我们将看到牙科公司转向直接 3D 打印透明矫正器接下来的几年。

然而，要实现这一点，一个关键因素将是医疗监管机构能否跟上医疗和牙科 3D 打印不断发展的可能性。

To总结

3D 打印在医疗行业的应用与航空航天领域的应用非常接近。然而，由于有可能将整个细分市场（例如牙科）转移到 3D 打印作为关键制造技术，因此我们将医疗置于略微领先的位置。

汽车

舞台 ：早期主流

截至 2020 年，3D 打印已在汽车行业确立了自己的地位，主要是用于原型设计和工具应用的技术。然而，该技术在系列和定制的最终部件生产中获得了更大的吸引力，特别是对于赛车运动和豪华车。

在过去的 12 个月中，我们看到主要汽车公司将 3D 打印部件引入其车辆。例如，福特正在与树脂基 3D 打印机制造商 Carbon 合作，为其车辆生产最终用途和备件。这些零件包括杠杆臂维修零件、辅助插头和驻车制动支架。

在 2018 年底，宝马报告称，它已经 3D 打印了其百万分之一的零件，该零件自 2010 年开始量产。 BMW i8 Roadster 的车窗导轨组件是使用 HP 的 Multi Jet Fusion 技术 3D 打印的。

除了聚合物，金属 3D 打印在汽车领域也获得了更强大的立足点。这尤其得益于更便宜、更快速的金属粘合剂喷射技术的引入，事实证明，这些技术在批量生产和大规模定制方面更具成本效益。

例如，大众汽车正在寻求采用惠普新的金属喷射技术来生产用于量产汽车的结构部件。这家汽车制造商希望在未来两到三年内实现这一目标。

这些趋势表明，汽车行业正在其生产流程中加速 3D 打印的产业化。

总结

由于技术的快速进步，3D 打印在汽车中的使用最近才进入早期主流阶段。这使得 3D 打印能够从单一的原型制作工具转变为豪华车和赛车等利基市场的生产解决方案。

展望未来，我们将看到更多 3D 打印部件安装在豪华车和跑车之外的车辆中。这也将使汽车制造商能够在更广泛的范围内调查和实施供应链优化策略，例如按需和定制生产。

电子产品

舞台 :青少年

电子行业是一个年轻但不断发展的 3D 打印领域。

“现在的 3D 打印电子领域……可能是大约 5 年前传统 AM 领域所在的领域，”电子 3D 打印机制造商 Nano Dimension 的联合创始人 Simon Fried 说。接受 AMFG 采访。

“目前，它主要是快速原型制作，但可能只有几年时间才能看到电子产品的大批量增材制造。”

通过利用 3D 打印，工程师能够在内部设计和生产复杂电路板和天线的原型。

对于制造商来说，这意味着能够加速产品的开发

Optomec 和 Nano Dimension 目前是 3D 打印电子市场中最大的两家公司。两者都在开发能够生产功能性电子元件的系统。

值得注意的是，台湾电子公司 LITE-ON 自 2016 年以来一直使用 Optomec 的 Aerosol Jet 技术为消费电子设备 3D 打印天线和传感器。仅此示例就展示了巨大但很大程度上尚未开发的潜力的技术。

要将 3D 打印电子产品推向主流，该技术首先需要变得更具可扩展性，以便能够提供更高的生产量。材料和设计软件也需要迎头赶上，以使电子制造商能够 3D 打印具有更高复杂性和功能性的部件。

在过去几年中，我们见证了 3D 打印电子产品的重大进步。这些进步正在慢慢地将电子 3D 打印从单纯的原型制作工具转变为直接生产。

总结

目前，电子3D打印仍处于青春期。它已经确立了自己作为一种有用的原型技术的地位，但在进入主流之前还有很长的路要走。

施工

舞台 :早期

在过去的几年中，3D 打印在建筑领域引起了很多轰动。在许多方面，媒体对完全 3D 打印房屋的诱人想法的炒作助长了这种兴奋。

然而，尽管大肆宣传，建筑行业的 3D 打印仍处于早期阶段。

过去几年实现的建设项目绝大多数仅用于示范目的。这些项目的价值为数亿美元，与全球建筑业 10 万亿美元的年收入相比，只是沧海一粟。

目前，3D 打印有四个关键应用。建筑行业：

• 混凝土挤压，其中 3D 打印机挤压特殊配方的混凝土材料以创建结构，例如墙；
• 模具的 3D 打印，随后用于生产建筑组件；
• 使用直接能量沉积等大规模金属技术对桥梁等金属结构进行 3D 打印；
• 用于室内设计和建筑模型的 3D 打印。

这些应用程序的成熟度各不相同。例如，混凝土 3D 打印可用于制作建筑物的地基和墙壁。但这只是建造房屋所需的一部分，还不包括暖气、管道、电气、窗户、地板、屋顶和表面处理的安装。

但是，3D 打印的混凝土有潜力在未来几年内大大改善。全球混凝土 3D 打印市场预计将从 2018 年的 3056 万美元增长到 2024 年的 5789 万美元。

这种增长将在很大程度上受到越来越多的新的创新建筑项目的刺激。例如，迪拜有一个雄心勃勃的使命，即在未来六年内在 25% 的新建筑项目中实施 3D 打印。

目前，3D 打印在建筑领域的最大胜利之一可能在于生产接缝和外墙，利用 3D 打印的力量生产复杂的大型模具。

最近纽约市一栋 42 层住宅和商业建筑的改造项目很好地说明了这一点。

Gate Precast 是一家一直致力于该建筑新立面的公司，它发现为该项目制作木制模具将是一项艰巨的任务，可能需要长达 9 个月的时间才能完成。

为了加快流程，该公司使用了大规模 3D 打印技术 BAAM，并能够在 8 小时和 11 小时内打印 40 个模具。

3D 打印模具不仅生产速度更快，而且还为建筑师提供了更大的灵活性，可以将创新形状融入他们的设计中。

总结

我们很早就将 3D 打印应用于建筑行业，因为该行业的技术能力才刚刚开始形成。目前，建筑行业只触及了 3D 打印可能性的皮毛。截至目前，3D打印房屋的前景还很遥远。

在建筑公司采用 3D 打印来实现 3D 打印房屋的承诺之前，还有很多研究和开发工作要做。

也就是说，生产工作结构的技术能力仍然有限，需要更多的研究和开发来推动它们的发展。

在不久的将来，3D 打印将继续用于建筑模型、室内设计组件和模具。

然而，从长远来看，改进和推进技术的空间很大，为建筑师和建筑工程师等创造了更多机会。

石油和天然气

舞台 ：早期

跨国石油和天然气公司 BP 已将 3D 打印列为未来几年将对能源行业产生重大影响的六项技术之一。该行业的主要优势包括提高产品性能、降低成本和交货时间，以及更加灵活和分布式的供应链。

尽管有这些好处，但该技术在石油和天然气行业的采用进展缓慢，公司主要将 3D 打印用于原型制作应用和试点项目。

石油和天然气行业采用 3D 打印缓慢的主要原因是该行业最大的利益相关者完全依赖其供应链。石油和天然气 1 级和 2 级供应商倾向于依赖经过验证的生产方法，并且不愿意采用 3D 打印等新制造工艺。

但是，GE 和西门子石油天然气公司等先驱已经开始将 3D 打印集成到他们的制造供应链中，使用该技术生产涡轮机械零件、叶轮、燃烧器和燃烧器涡流。

对于此类应用，SLM、EBM 和 DED 等金属 3D 打印技术将最有利于石油和天然气行业。考虑到 DED 不仅能够制造新零件而且能够修复现有组件，它对于该行业来说尤其有价值。

总结

世界经济论坛估计，3D 打印可为石油和天然气公司节省价值 300 亿美元的成本和时间。

要抓住这一价值，行业必须努力确定该技术最有价值的早期用途。这将有助于石油和天然气公司建立对该技术的能力和信心，以最大限度地发挥其潜力。

最后，要将 3D 打印推向石油和天然气领域的更主流用途，该技术必须进步以满足强大的性能和行业安全标准。

已经开展了许多研究计划，目的是验证用于石油和天然气的 3D 打印工艺和材料。

例如，南洋理工大学与全球质量保证公司DNL GL最近签署了一项为期四年的研究合作协议。该协议将侧重于为海事和石油天然气行业的 3D 打印制定行业标准、质量保证流程和认证。

鉴于目前的采用率和标准化速度，我们预测石油和天然气公司将在未来 5 到 10 年内开始将 3D 打印纳入其供应链。

工业品

舞台 :早期主流

工业产品部门包括用于制造其他产品的机械部件、工具和设备的生产。对于这个领域，3D 打印提供了一系列好处，包括更短的交货时间、新的设计机会和按需生产。

由于这些优势以及技术和材料的成熟，3D 打印现在越来越多地用于从工具到机械部件和备件的应用。

例如，全球最大的资本货物公司之一 CNH Industrial 最近宣布将在其制造过程中引入 3D 打印。重点关注领域将是公共汽车和农业设备备件的生产。

该公司已经确定了前四个将由塑料制造的部件，但很快将寻求在其能力中添加金属 3D 打印。最终，CNH Industrial 希望使用 3D 打印生产全系列零件，以“响应产品生命周期各个阶段的所有类型的需求。”

资本货物制造商并不是第一个专业设备公司实现 3D 打印备件的价值。在建筑领域，卡特彼勒多年来一直在探索将 3D 打印用于备件。西门子交通也已开始为其铁路服务进行 3D 打印备件。

此外，桌面3D打印机的成熟及其向工业方面的转变促进了3D打印在夹具和固定装置等工具应用中的采用。

与此同时，砂3D打印机越来越多地用于铸造厂，为重型设备和机械的零件制造砂芯和模具。与传统方法相比，砂 3D 打印能够以显着缩短的交付周期和更少的人为错误机会生产模具。

总结

工业产品的 3D 打印显然已经进入早期主流阶段，许多大公司正在实施该技术来制造最终用途和备件。

工业品行业已经开始从3D打印中获益。为了在这一进展的基础上再接再厉，该行业需要在标准化和研究活动上进行合作。这将有助于确定更合适的用例并增加对该技术的信心。

消费品

舞台 ：青少年

在消费品行业，3D打印的应用主要集中在创建用于产品设计和开发阶段的原型。

尽管快速原型仍然是关键应用，该技术的真正潜力可能在于消费品的直接制造。使用 3D 打印生产终端消费产品的主要优势包括经济高效的定制和更大的设计自由度。

截至 2019 年，鞋类、眼镜、珠宝和自行车制造是在生产中利用 3D 打印的最大细分市场。

眼镜行业一直是将 3D 打印用于最终用途生产的先行者。早在 2011 年，柏林眼镜公司 Mykita GmbH 就推出了世界上第一个 3D 打印眼镜系列。该公司使用聚合物 SLS 技术和尼龙材料为其 MYLON 太阳镜系列制作镜框。

此外，鞋类行业正在大力投资开发数字鞋类制造工作流程，以实现更快的创新和大规模定制。

为此，阿迪达斯、耐克、新百伦、锐步和安德玛等品牌正在采用 SLS、SLA 和 Carbon 的 DLS 等 3D 打印技术，将中底和鞋垫等 3D 打印元素引入他们的鞋类中。

在珠宝领域，3D 打印在两个方面使珠宝制造商受益。第一种是通过 3D 打印熔模铸造图案，比传统方法更便宜、生产速度更快。

第二种方法是直接使用贵金属 3D 打印珠宝。这两种方法都可以制作出具有薄壁和复杂细节的定制珠宝，而这是通过其他方式无法制作的。

自行车制造商也正在将 3D 打印引入他们的生产中。这个新机会很大程度上是由成熟的复合 3D 打印技术推动的。通过使用复合 3D 打印，自行车制造商可以比使用更成熟的方法更快、更轻松地制造定制自行车。

不可否认，即使在消费品行业的这些部门中，3D 打印的采用率仍然相对较低，尤其是与航空航天和医疗等开创性行业相比。

对于大多数消费品公司而言，实施 3D 打印生产线在经济上并不可行，至少目前是这样。一方面，3D 打印的产量目前无法与传统制造的产量竞争。

然而，即使 3D 打印的成本效益有所提高，该技术也不太可能完全取代任何消费品市场子行业的大规模生产方法。

总结

尽管 3D 打印在消费品领域有许多新应用，但该技术仍处于采用的早期阶段，尤其是与航空航天和医疗等行业相比。与注塑成型等已建立的方法相比，产量也较低。

然而，随着技术变得更具可扩展性，未来五年内将有更多消费品公司为最终用途应用试行 3D 打印。这将有助于确定最能从该技术中受益的应用程序和产品，并使公司能够将其引入其生产工作流程。

采用 3D 打印进行数字化制造

从航空航天到消费品，各行各业都在拥抱数字化转型，3D 打印是推动这一转变的关键技术之一。

3D 打印帮助企业更快地制造更好的产品、优化运营和供应链并探索新的商业模式。

但是，该技术的采用率因行业而异。在生产小批量高价值零件的行业（例如航空航天和医疗）或需要更快的产品开发和定制的行业（例如汽车和消费品行业），这一比率最高。

3D 打印提供的最大价值创造机会包括改进的产品功能、更高的生产效率、更大的定制、更短的上市时间和按需备件，特别是对于资产密集型行业。

为此，航空航天、医疗、汽车和工业产品行业的公司正在加速对这项技术的投资。

话虽如此，在该技术真正被广泛采用之前，仍有一些障碍需要克服。其中包括材料和工艺的标准化、更低的生产成本以及更高的可重复性和可靠性。

3D 打印机制造商和其他行业利益相关者正在正面应对这些挑战。他们正在通过使用闭环控制系统增强机器、合作制定标准和通过自动化改进工作流程来解决这些限制。

制造生态系统正在迅速变化，部分原因是 3D 打印技术的能力不断增强。为了在这个生态系统中茁壮成长，公司应该开始考虑超越 3D 打印的原型设计，并制定战略，以通过过渡到数字制造来实现目标。