10 项对 3D 打印未来的预测 [专家综述]
毫无疑问，2019 年是 3D 打印激动人心的一年。该行业继续向工业化迈进，该技术正日益成为更广泛的制造生态系统的一部分。
但是在这样一个快速发展的行业中，很难跟上推动 3D 打印未来发展的主要趋势。
为了帮助您更好地了解 3D 打印的发展方向，我们筛选了过去 12 个月内进行的 30 多场专家访谈，并提取了有关这项激动人心的技术的未来前景的关键见解.
1. 3D打印将成为批量生产的主流技术
<块引用>
“增材制造正走向非常激动人心的时代，因为它正逐渐成为主流。”
安迪·卡兰比，瑞泽首席执行官
3D 打印早已不再被视为原型解决方案。
每天，公司都在寻找将技术融入生产的新方法，应用范围从工具到备件/替换零件和一些最终用途组件。
从汽车到消费品，各行各业的公司都开始意识到 3D 打印为生产提供的优势。根据 Sculpteo 的 2019 年 3D 打印状况报告，51% 的公司正在积极使用 3D 打印进行生产。
当然，也有广为人知的案例。例如，福特、大众和宝马等大型汽车公司已经在为其车辆生产 3D 打印部件。去年年底，宝马宣布已为其 BMW i8 Roadster 安装了其百万分之一的 3D 打印部件。
虽然在这些情况下打印的部件总量相对于大规模制造量来说很小，使用 3D 打印生产的零件的数量和范围只会增加。
技术和行业的下一步将是保持这种势头，并努力在更大范围内实现更多应用。
<块引用>
“我们正处于拐点，实际投入生产的零件数量正在增加。五年后，您会看到许多合同制造商已经大幅扩大规模，并在他们的地板上安装了数百个这样的系统，生产具有长期生产合同的零件。”
Zachary Murphree，VELO3D 技术合作伙伴副总裁
实现这种产量的一个关键因素是技术。在过去的几年中，新技术已经推向市场，并且已经宣布了未来几年的一些技术。
例如，在金属 3D 打印方面，新型金属具有巨大的潜力粘合剂喷射技术在传统金属制造市场中占据更大份额。 Desktop Metal、3DEO、ExOne、HP 和 GE 等公司都在致力于开发下一代金属粘合剂喷射解决方案来实现这一目标。
与其他金属 3D 打印技术相比，这些金属的硬件和材料成本更低粘合剂喷射机有潜力以具有成本竞争力的价格提供更大批量的零件生产。
当然，3D 打印不会取代机加工、铸造或注塑成型。该技术的真正目标是成为一种可行的生产方法，可以与其他技术相媲美。
随着为确保工业 3D 打印具有更高的可重复性和速度而付出更多努力，我们离实现这一目标越来越近了。
2.添加剂的设计软件将变得更加集成和更易于使用
<块引用>
“一个重要的趋势是为 AM 开发设计软件工具。下一步是让它们完全无缝地集成到流行的 CAD 软件产品中。”
Terry Wohlers，Wohlers Associates 创始人兼总裁
增材制造设计是一个具有挑战性的过程，尤其是因为对于接受过传统制造设计培训的工程师来说，这可能违反直觉。
更复杂的是计算机辅助设计 (CAD) 软件，其中大部分直到最近还没有针对 3D 打印的设计要求进行优化。
“增材制造在创建复杂的几何形状方面可以做一些令人难以置信的事情，但是如果所有这些都使用传统工具。”
拉夫堡大学教授伊恩·坎贝尔
例如，很难使用传统的 CAD 软件来设计由渐变材料制成的组件、创建晶格结构或模型孔隙率。
组合多个软件包可以在一定程度上缓解这种限制。然而，在不同的软件解决方案之间切换是一个非常低效的过程。在理想的世界中，工程师和设计师将在单一设计环境中工作，而无需将数据从一个软件产品移动到另一个软件产品。
幸运的是，软件公司开始为增材制造开发集成设计解决方案.
Autodesk、Dassault Systèmes 和 PTC 等公司开始探索使工程师尽可能轻松地优化增材制造设计的方法。
以Autodesk的Netfabb为例。 Netfabb 专为使用 3D 打印 STL 文件而开发，可以分析和修复文件、生成支撑结构和晶格，并为金属 3D 打印部件的设计运行模拟——所有这些都在一个包中。
同样，PTC 正在提供其 Creo 6.0 软件，以在一个环境中实现设计和打印准备。 2018 年底，PTC 收购了衍生式设计软件公司 Frustum。该公司目前正致力于在其 CAD 平台中添加生成式设计技术，该技术通常与 3D 打印相结合。
最终，创建集成的 3D 打印软件解决方案将成为解决该技术成为主流难题的关键部分。
“我们将看到更多软件工具可以帮助工程师针对特定流程更好地设计零件。软件驱动的构建设置（如定向、预变形）将成为其中的一部分……这些发展将有助于减少所需的迭代次数，特别是如果目标是打印以进行生产。”
Greg Paulsen，Xometry 应用工程总监
3.专注于教育将使更多 3D 打印应用和采用成为可能
<块引用>
“就技能而言，在我看来，创新就是人和技术。如果没有人们采用先进技术，就没有必要推动先进技术 .”
Revannth Murugesan，Carbon Performance 董事总经理
很多人都说 3D 打印行业需要更多的教育。我们最近的行业状况调查显示，缺乏教育是当今服务局面临的最大挑战。
虽然采用 3D 打印进行原型制作相对简单，但建立用于生产的 3D 打印可能具有挑战性。不仅需要对硬件进行投资，而且公司还必须投入时间来开发所需的专业知识。
缺乏专业知识，尤其是会造成很多进入壁垒。一方面，如果没有关于增材制造的适当知识，公司可能会难以开发 3D 打印的商业案例或用例。
“劳动力要素现在非常重要。没有足够的工程师、经理和高管真正充分了解技术来开展工作并制定战略以获得他们需要的东西来摆脱它。”
John Barnes，The Barnes Group Advisors 的创始人
“该行业正在认识到增材制造不能做的事情，以及它可以做的比今天大多数人使用的要多得多的事实。”
Harold Sears，福特增材制造技术技术负责人
也就是说，人们对 3D 打印功能的认识正在逐渐提高。正在努力教育市场如何开始使用 3D 打印并从中提取最大价值。
与此同时，公司正在推出在线和现场课程，组织用户贸易展览和研讨会，并创建教育内容来传播有关 3D 打印的信息。
例如，咨询公司 Barnes Group Advisors 在今年早些时候与普渡大学合作推出了在线课程，为工程师提供获得增材制造相关知识的能力。
只有当公司了解 3D 打印的能力和局限性时，他们才能利用这些知识为该技术开发成功的应用程序。
以博伊斯科技为例。这家工程公司购买了一台大型 3D 打印机，为信息亭和应急响应系统等通信系统创建原型。
但是，该公司愿意尝试 3D 打印以了解其真正的功能。
通过深入了解该技术，博伊斯发现用于原型制作的相同 3D 打印机也可用于制造某些最终用途的聚合物部件。从那时起，该技术已成为 Boyce 业务的关键部分，并且 90% 的时间都用于生产应用程序。
最终，随着对 AM 理解的加深，其用户将能够为该技术识别更多的工业应用，从而将 3D 打印的范围推向新的视野。
4.牙科将采用 3D 打印作为主导生产技术
<块引用>
“在牙科领域，理论上，您可以将 80% 以上的生产资料转换为添加剂技术。”
SmarTech Analysis 研究副总裁 Scott Dunham
3D 打印已经在牙科行业中发挥着巨大的作用，生产牙冠、手术导板和大多数牙齿矫正器模具。但该技术有可能成为该领域的主导技术。
SmarTech Analysis 的一份报告显示，到 2025 年，牙科行业 3D 打印机的销售额将超过机械加工硬件的销售额，到 2027 年，该技术将成为全球牙科修复体和设备的领先生产方式。
推动这种范式转变的是基于树脂的 3D 打印技术（如 SLA、DLP 和材料喷射）的发展。基于树脂的 3D 打印机可以快速生产具有出色表面质量和精细特征细节的定制牙科设备。牙科行业可以从这些功能中受益，因为牙医可以更快、更便宜地提供服务。
“我们看到 3D 打印正在成为牙科护理和牙齿修复等领域的关键工具之一。从口腔内扫描到工作流程和计划，那里的数字线程一直在很大程度上发展 - 不仅在实验室，而且在牙科诊所。因此，您可以看到一个已准备好大规模采用的市场。”
Avi Reichental，XponentialWorks 创始人
此外，树脂 3D 打印机对于牙科实验室来说变得越来越实惠，平均价格约为 5,000 美元。这些打印机还针对经过认证的牙科打印树脂进行了优化，其数量在过去几年中显着增加。
EnvisionTec 是最大的树脂 3D 打印机制造商之一，提供 13 种不同类型的树脂材料，针对牙科应用进行了优化。
Formlabs 是树脂 3D 打印市场的另一个主要参与者，提供 5 种树脂，其中一些可用于直接生产假牙。据说该公司在过去两年中在牙科 3D 打印市场的市场份额增加了 20 多倍。
增材制造已渗透到许多部门和行业。然而，牙科似乎是可以充分利用 3D 打印形式的数字制造的主要市场。
5. 3D打印将变得更智能
<块引用>
“机器学习过程的一部分是引入高水平的可重复性，并使用户能够更轻松地预测性能将如何发挥作用。”
Fortify 首席执行官 Joshua Martin
使 3D 打印更加高效和多产是行业内不断追求的目标。实现这一目标的一个趋势是开发由传感器和机器学习驱动的更智能的系统。
3D 打印机制造商开始在他们的系统中安装传感器以实现过程监控。放置在 3D 打印机内的传感器和摄像头可用于实时测量构建的多个方面，帮助记录构建过程并确保满足要求。
例如，通过粉末床金属 3D 打印，相机可以捕捉熔池的大小和温度，这直接影响微观结构、材料性能、表面光洁度和整体零件性能。
将机器学习算法与此类传感器集成可以帮助使 3D 打印成为一个更加智能的过程。传感器可以收集有价值的数据，然后可以将这些数据提供给机器学习系统。
系统将分析数据，然后提供有关如何改进流程的反馈。它可用于预测缺陷或构建失败的可能性，使工程师能够干预流程并及早预防任何缺陷。
目前，这个概念还处于早期阶段，市场上只有少数解决方案。总部位于美国的金属 3D 打印机制造商 VELO3D 开发了一种配备传感器的系统，该系统可以报告构建状态。同样，3D 打印机制造商 EOS 提供 EOSTATE 监控套件，可以实时捕获质量相关数据。
麻省理工学院的初创公司 Inkbit 正在将其多材料喷墨 3D 打印机与内置扫描仪和机器学习系统配对。监控系统扫描物体的每一层，而机器学习系统使用这些信息来预测材料的翘曲行为并实时自动纠正任何错误。
“我认为这是 AM 的圣杯，因为通过过程控制，您几乎可以立即对过程中的缺陷做出反应。”
Yves Hagedorn，Aconity3D 董事总经理
在未来，我们预计所有3D打印机都将集成传感器和机器学习等智能技术。这些技术与 3D 打印相结合，将通过降低构建失败的风险来显着提高过程的可重复性。
更智能的流程最终将导致更容易的质量保证，并通过在工厂车间进行 3D 打印来提高生产力。
6. 3D打印服务局市场将继续扩大
服务局是增材制造行业的重要组成部分，有助于进一步推动技术进步。展望未来，服务局部门有望继续增长。
该预测得到了接受我们的 3D 打印行业状况调查报告采访的多位专家的支持，受访者对来年的前景持乐观态度。
增长将在很大程度上受到某些 3D 打印技术（例如金属增材制造）或行业（例如医疗）日益专业化的推动。
“能够在 AM 的特定领域培养无与伦比的专业知识的专家应该会看到对专业知识的投资的回报。另一方面，那些提供一系列打印技术为客户制造零件，并为每个零件提供支持后处理和设计服务的公司，也应该最终崛起。”
SmarTech Analysis 研究副总裁 Scott Dunham
服务局将为其他行业参与者创造大量扩展机会。
“未来几年会有很多并购。对于一些较大的 3D 打印材料制造商来说，将服务机构附属于他们的业务将是自然而然的举动。其他制造商确实有机会进行交易或收购服务机构来推广他们的特定材料。”
Jonathan Warbrick，石墨增材制造业务发展经理
最近有消息称，AM 金属粉末生产商 Sandvik 收购了 3D 打印服务提供商 Beam-IT 的股份，我们已经看到这一预测成真。
另一方面，像 3D Hubs 和 Xometry 这样的制造市场也将快速增长，这些市场为公司提供按需访问全球供应商网络（包括增材制造和传统制造服务）的机会。
制造业很难对客户需求、技术和市场的快速变化做出更敏捷的响应。运营制造即服务 (MaaS) 业务模式，在线 3D 打印平台能够提供敏捷性和更快的周转时间，填补了看似有利可图的市场空白。
“[MaaS] 是双赢的，因为商店无需为其进行营销即可开始工作。我们正在制造高质量的零件。最后，客户可以通过多种制造技术获得一站式服务 。”
Greg Paulsen，Xometry 应用工程总监
7.金属3D打印将继续走向成熟
<块引用>
“说到金属 3D 打印，我们只是触及了表面。 ”
SmarTech Analysis 研究副总裁 Scott Dunham
金属 3D 打印仍然是 3D 打印中增长最快的部分之一。然而，我们采访过的许多专家都同意，尽管金属 3D 打印市场在过去十年中发生了显着变化，但其真正潜力尚未完全发挥。
“当您将 AM 行业的规模与传统制造业的规模进行比较时，我们有很大的增长空间。 ”
Zachary Murphree，VELO3D 技术合作伙伴副总裁
根据 SmarTech 的 Scott Dunham 的说法，材料将是金属 3D 打印成熟的关键：
“随着行业的成熟，您当然会看到，更加重视材料，因为理想情况下 3D 打印机的利用率已经攀升，以支持更高的批量制造和更常规的连续使用。 ”
EOS 是粉末床融合 3D 打印领域的关键参与者，它非常专注于为金属 AM 开发更多材料。 2019年5月，公司推出四种金属新材料，包括不锈钢CX、铝AlF357和两个牌号的钛。
采用金属3D打印进行生产的另一个重要要求是质量保证。
“质量控制，即了解质量要求并能够验证您的零件确实会对未来产生影响。 ”
Doug Hedges，Sintavia 总裁
当可靠、更快的工艺和更广泛的材料选择结合在一起时，“我们将看到所有行业的采用率稳步提高，而不仅仅是早期采用者，如航空航天和医疗 ”，ANSYS 增材制造首席技术专家 Dave Conover 相信。
事实上，汽车、工业产品和能源领域的制造商开始对金属 3D 打印作为解决方案充满信心。宝马最近推出了金属车顶支架的 3D 打印生产，而 GE 和 Conflux Technology 等公司正在开发采用该技术的下一代热交换器。
毫无疑问，金属 3D 打印还有很多机会有待探索。为了抓住这些，行业需要更积极地合作制定标准和最佳实践，以确保可重复的流程和高质量的结果。
8.复合3D打印将提供巨大的市场机会
<块引用>
“复合空间可能是 3D 打印的最新领域。随之而来的是挑战，但也有很多机会。 ”
Fortify 首席执行官 Joshua Martin
复合材料市场是3D打印的主要新兴机遇之一。复合材料是轻质、坚固的材料，在航空航天、汽车、石油和天然气以及工业产品等行业中备受追捧。
一份 SmarTech 分析报告估计，复合 3D 打印将在未来十年内发展成为近 100 亿美元的业务。在此时间范围内，最终用途部件预计将成为最大的收入机会。
精简和降低传统复合材料制造成本的能力将成为这一增长背后的关键驱动因素。
“复合材料制造目前是劳动力、资源和资本密集型的，这意味着它并没有真正扩展到大批量。此外，由于软件不足和模拟效率低下，设计周期很长 。”
Wiener Mondesir，Arevo 联合创始人兼首席技术官
希望通过 3D 打印实现复合材料制造自动化的公司数量正在突飞猛进。目前，就市场占有率而言，Markforged 可以说是最大的参与者，但其他公司，如 Arevo、Fortify、Impossible Objects 和 Thermwood，也出现了显着增长。
例如，Fortify 最近完成了 1000 万美元的 A 轮融资，而科技公司 Arevo 宣布成功应用其复合 3D 打印技术制造自行车车架。 Thermwood 的大规模增材制造技术也在用于航空航天应用的复合材料工具的生产中越来越受欢迎。
显然，复合材料 3D 打印领域的潜力巨大。然而，为了继续发展，公司需要进一步改进他们的技术并扩大适用于复合 3D 打印的应用范围。
9.自动化将成为行业的重点
自动化将是增材制造发展的下一步。通过硬件和软件以及机器人、传感器和网络的结合，自动化将确保作为端到端数字化生产周期的一部分的更精简的流程。
在硬件方面，公司正在推出新的集成生产单元，这些单元结合了机器人技术和智能工厂概念，以实现制造工作流程的各个步骤的自动化。
例如，粘合剂喷射金属 3D 打印机制造商 Digital Metal 已将其系统与机器人配对，机器人可以处理手动工作，例如移除构建盒并将其运送到后处理单元。 Jabil 还使用机器人在二次 AM 流程中自动处理零件，并使用计算机视觉来自动执行检查流程。
在软件方面，工作流程自动化正在获得吸引力，因为公司意识到通过 3D 打印实现批量生产如果没有端到端的管理系统，这几乎是不可能的。
此外，通常是手动过程的增材制造后处理阶段正变得越来越数字化。
“后处理自动化将成为需要注意的主要事项之一。这是因为真正的重大变化在于后期制作自动化的能力。”
Neil van Es，Parts on Demand 的创始人
现在，Additive Manufacturing Technologies 和 Post Process Technologies 等几家公司正在通过提供后处理解决方案来克服这一瓶颈，这些解决方案通过自动化后处理机器加快支撑去除和表面精加工的过程。
最终，将自动化添加到 3D 打印方程式将使制造商能够将 3D 打印转变为连续过程，从而在批量生产环境中效果更好。
10.增材制造领域将变得更具竞争力
<块引用>“在接下来的几年里，我们将看到一个相当拥挤的领域导致更多的竞争混乱。”
SmarTech Analysis 研究副总裁 Scott Dunham
随着新的参与者进入该行业，AM 市场内的竞争日益激烈。越来越多的初创公司，以及 AM 之外的成熟公司，正在进入 3D 打印领域，希望利用该行业的增长。
AMFG 2019 年增材制造行业格局已经确定了 80 多家 3D 打印机制造商，其中大部分出现在过去五到十年内。
新人有超越老牌玩家的巨大潜力。
正如咨询公司 XponentialWorks 的创始人 Avi Reichental 指出的那样，“[老牌公司] 相对于新玩家而言处于相当不公平的劣势，因为它们有很多遗留问题需要解决。处理。由于它们在某些技术中运行，因此它们更有可能实施和引入线性的、渐进的改进。相比之下，一家全新的公司可以解决类似的问题，而无需任何遗留技术和组织问题。”
随着竞争的加剧，行业参与者将不得不重新聚焦和重新发明才能生存。我们已经看到朝这个方向发展的一些举措。例如，Ultimaker 最近更名以加强其作为专业 B2B 3D 打印业务的品牌。 3D Hubs 曾经是一个以社区为基础的 3D 打印市场，最近将其重点转移到 B2B 工业领域。
“我们生活在一个要么创新要么消失的时代。换句话说，你要么打乱，要么就会被打乱。”
Avi Reichental
显然，市场竞争比以往任何时候都更加激烈。也就是说，竞争可能是一个积极的信号，表明该行业正在增长。竞争有助于推动行业向前发展，因为它迫使企业专注于创新和发展。
然而，日益激烈的竞争也意味着企业保持创新以保持市场地位的关键时刻。
趋势预示着 AM 的美好未来
<块引用>“我认为增材制造行业将兑现其承诺。”
Simon Fried，Nano Dimension 联合创始人
上面讨论的趋势反映了一个关键想法：3D 打印正在走向成熟。硬件、软件、材料和应用的进步表明 3D 打印最终将成为另一种制造技术。
自然，3D打印的采用率会随着时间的推移而增加，牙科等一些细分市场几乎完全转向3D打印。人们对 3D 打印及其好处的认识不断提高，将促进这种增长。
“我确实认为您会看到数字制造作为全面制造解决方案的影响。”
Philip DeSimone，Carbon 的联合创始人兼业务发展副总裁
与此同时，竞争激烈的 3D 打印领域将要求公司通过利用其独特的专业知识和制定明确的价值主张来从竞争对手中脱颖而出。
考虑到最近的技术进步和这些专家的预测，3D打印显然会走向数字化、智能制造的光明未来。
更多专家综述：
扩大生产增材制造面临的 10 大挑战[专家综述]
专家综述：20 位专家分享他们对 2020 年的 3D 打印预测
3D打印