2019年塑造增材制造的25大里程碑事件

2019年是增材制造（AM）行业又一积极年份。本年度行业持续向生产就绪工艺成熟，更多企业采用技术或深化行业参与。
 
为呈现AM演进脉络，我们梳理了2019年塑造行业的关键里程碑。

 

硬件

 

1. Desktop Metal交付首台Production System

 
3月，Desktop Metal向一家未披露的财富500强企业交付首台Production System。该系统2017年首发，采用单次喷射技术，官方称速度超四激光金属打印机100倍、超最近粘结剂喷射替代品4倍、单件成本最低可达现有金属3D打印机的1/20。
 

 
设备正式进场，业界翘首以盼其能否兑现"生产系统"之名。
 
此外，Desktop Metal在Formnext发布Shop System，新打印机定位连接Studio与Production系统。
 
这两大里程碑对金属粘结剂喷射技术推进至关重要，该技术或将成为新的大批量生产方式。
 

2. HP发布Jet Fusion 5200系列新款3D打印机

 
聚合物领域，HP持续创新多喷头融合（MJF）技术。5月公司发布MJF 5200系列。
 

 
5200系列是公司自然进阶。500/300系列面向功能原型，4200系列瞄准小批量生产，最新系列切中量产，精度重复性媲美注塑。
 
5200系列显著特征是灯管功率升级，使系统单次熔融粉末，而非前代双通道模式。结果：生产力提升40%，并开启高温材料3D打印可能。
 
早期用户反馈良好。风电巨头Vestas即用该技术与TPU材料生产风机叶片防护部件。HP自身也利用技术生产其他打印机组件。
 
该发布显著拓展HP AM版图，助力客户真正释放数字化制造潜能。
 

3. Inkbit推出AI赋能多材料3D打印

 
年初，MIT计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）孵化的初创企业Inkbit，发布搭载机器视觉与机器学习的工业级3D打印机。
 
Stratasys PolyJet工艺虽能呈现多样纹理色彩的UV固化塑料，但长期主要用于原型。
 
Inkbit则瞄准生产应用。为达成此目标，公司为机器装备机器视觉与机器学习系统。
 
视觉系统在打印过程中全面扫描每层，实时纠错；机器学习系统利用这些信息预测材料翘曲行为，制造更精准成品。该组合还拓宽了可用材料范围，超越传统喷墨3D打印机。
 
这一发展标志重要里程碑：一是多材料3D打印或将用于终端产品制造；二是AI应用实现更高工艺精度与自动化。二者结合或将引领聚合物3D打印重大突破。Inkbit打印机目前面向Johnson & Johnson等精选客户早期发布，首批系统将于2021年交付精选客户。
 

4. EOS细节分辨率（FDR）3D打印机

 
本届Formnext上，EOS展示细节分辨率（FDR）聚合物基3D打印技术。新工艺用CO激光打印精细且坚固的聚合物部件，表面细节分辨率高、最小壁厚0.22mm。
 
EOS称其为首家为粉末基工业3D打印开发CO激光方案的厂商。当前主流SLS机多用单或少数CO₂激光。
 
CO激光产生超细激光束，聚焦直径据报为现有SLS技术一半。这一精度提升带来新曝光参数，可实现极细表面零件。
 
除新技术，EOS还发布共享模块套件——一系列外围设备助力AM生产自动化加速。模块化硬件支持装配、开箱、传输、筛分等活动与AM构建并行。
 
EOS进展显示专业、生产就绪解决方案需求增长，技术正加速走向成熟。
 

软件

 

5. Markforged发布AI软件Blacksmith

 
3D打印软件趋智能，更多公司引入人工智能（AI）。Markforged Blacksmith软件即一例，标志先进AM软件持续演进。
 
公司称其为"自适应制造首例"，Blacksmith让制造机器"感知"，自动调整编程确保每个零件按设计生产。
 
本质上即闭环控制：分析设计、对比零件扫描、自动修正工艺以按预期构建。
 
Markforged认为Blacksmith AI工具将"特别强大"，随金属AM采用增长，保障生产过程可重复、精准。
 
Blacksmith获取数据越多，生产公差越紧。3D打印中Markforged当前公差可媲美铸造。Blacksmith平台追求无限逼近数字CAD文件。
 
终极而言，Blacksmith类软件是数字化制造垫脚石。Markforged设想其AI终将连接工厂所有机器，催生新一代"知晓制造目标并自调整以每次产出正确零件"的机器。
 

6. nTopology发布nTop Platform

 
3D打印机能力稳步进阶，主流CAD软件包常滞后，不适配增材特定设计需求。
 

 
一家公司正迎面解决面向增材制造设计（DFAM）挑战。
 
成立仅四年，nTopology迅速成为领先生成式软件工具，助力工程师为AM设计复杂几何。为拓展晶格设计之外、覆盖全工程工作流，公司今夏推出nTop Platform。
 
nTop Platform发布，标志着专门利用3D打印技术的设计工具初现。
 
例如，软件支持导入CAD设计并转为场表示。完成后，工程师可极快执行拓扑优化、仿真等操作——用其他分离工具极其复杂。
 
此外，nTop算法极擅长处理其他系统难以驾驭的大型3D模型。如大型散热器表面仿真在别处极难，在nTop Platform轻松实现。
 
实现更快更简便的3D打印设计流程是行业关键软件趋势。nTopology类方案或将解锁更优化的3D打印设计工作流。
 

7. MSC Apex生成式设计软件

 
早前软件公司Hexagon收购AMendate，后者为AM提供拓扑优化软件的德国供应商。AMendate现并入Hexagon MSC Software（提供CAE仿真软件），公司宣布推出MSC Apex Generative Design软件。
 
据报，软件为设计流程提供高度自动化，且较传统拓扑优化工具潜在提升生产力高达80%。
 
3D打印需要新一代软件解决方案，充分利用技术带来的新设计自由。MSC Apex软件有望成为此类工具。软件将设计需求纳入考量，生成多个轻量化设计备选，提供最优应力分布与最小零件重量。智能平滑技术确保3D模型具备光滑专业饰面。
 
综合这些优势，可带来简化设计工作流、甚至减少设计迭代——从而显著节省时间。
 

材料

 

8. Jabil建立材料创新中心

 
材料开发与生产是2019年塑造AM的关键趋势之一。
 
年初Jabil启动独立业务单元Jabil Engineered Materials，及46,000平方英尺材料创新中心。
 
公司认为材料选择有限是3D打印采用的重大障碍。新单元聚焦开发、验证、推向市场工业3D打印工程材料。
 
开发材料时，Jabil汲取自有部门（使用3D打印）或外部客户的应用需求，转化为可打印材料。
 
重要的是，Jabil不仅内部使用新材料，也向开放市场提供，让更多公司受益于更宽材料选择。目前已推出PETg、PETg ESD、TPU 90A、TPU 90A ESD，未来计划交付更多。
 
创造新材料只是Jabil服务AM用户的途径之一。为现有材料在新应用建立信心，是公司追求的另一目标。
 
令人振奋的是，Jabil预见未来将常态化使用3D打印作为大批量生产方式，全球布局设施。可靠、生产就绪的材料将是实现此未来的关键。
 
Jabil正协同整合材料进AM业务，提供全套方案。这种3D打印投入最终将推动AM行业整体前行。
 

9. Sandvik面向3D打印的金刚石复合材料

 
复合材料3D打印领域也取得多个里程碑。或许最令人瞩目的是Sandvik开发的首个可3D打印金刚石复合材料。
 

 
为何3D打印金刚石复合材料？
 
金刚石被认为是地球最硬结构之一。除珠宝外，金刚石广泛用于工业应用。
 
合成金刚石制造非新鲜事，但过程昂贵复杂，且几乎无法制造复杂形状。
 
这正是3D打印切入点。
 
技术因能实现常规制造难以甚至不可能达成的复杂设计而备受推崇。
 
须注意Sandvik非直接打印金刚石，而是复合材料。材料主体为金刚石，但为打印需在硬质基体中胶结，保留纯金刚石最关键物理特性。
 
测试显示，新材料展现卓越硬度、导热性、低密度、耐腐蚀性及良好热膨胀性。
 
我们期待各行业如何应用金刚石复合材料3D打印。Sandvik称，新材料影响将在几年内显现于先进工业应用，从耐磨件到航天项目。
 

10. Henkel加入SYMPA项目开发汽车用SLA材料

 
"我们拥有一套在汽车领域被广泛接受的材料。我们真希望看到[AM]行业开始适配其中一些材料。这将使我们的测试验证和应用使用更适配3D打印。" Ford AM技术负责人Harold Sears在接受AMFG采访时表示。
 
行业似乎正回应这一需求。朝此方向取得的里程碑之一是Henkel参与德国SYMPA项目，旨在推进汽车领域新材料与立体光刻（SLA）工艺。
 
项目合作伙伴看到SLA技术在汽车应用巨大潜力，特别是定制零件生产。SYMPA旨在克服当前SLA材料弱点：低力学性能、低耐久性、低UV稳定性。
 
Henkel将重点贡献开发新型光敏聚合物，提升长期热力学与力学性能。
 
得益于该项目，汽车3D打印或将达成重要里程碑，助力车企创造可靠、定制化汽车零件。
 

合作伙伴关系

 

11. 金属AM融入汽车系列生产

 
汽车行业是3D打印采用机会最大的板块之一。因此企业与研究机构努力将3D打印转化为汽车制造的工业化、高度自动化生产流程。
 

 
德国增材制造工业化与数字化（IDAM）项目标志汽车3D打印里程碑。
 
十二项目合作伙伴计划建立AM生产线，实现通用零件年产≥50,000件，个性化及备件≥10,000件，满足最高质量与成本压力。
 
项目还要求金属3D打印部件单件成本较现有水平减半以上。
 
由宝马集团牵头，IDAM项目将运行未来三年，助力金属3D打印可持续确立于生产端。
 

12. AMFG与EOS、Autodesk建立合作伙伴关系

 
本月早些时候我们宣布与EOS、Autodesk建立合作伙伴关系。我们认为这些合作将助力进一步精简AM工作流。
 
EOS合作旨在连接设备至软件平台，使EOS设备客户能通过我们的制造执行系统（MES）轻松管理全AM运营。
 
通过AMFG MES软件，EOS客户还可准备构建任务、设定零件朝向等关键参数。切片后数据直接发送至EOS 3D打印系统。
 
Autodesk合作方面，我们的MES软件将与Autodesk设计仿真软件Netfabb®联动，提供从设计到生产的集成数字工作流。
 
跨AM工作流引入连通性与互操作性，是实现真正端到端工作流的关键拼图。最终，在单一平台连接设备将实现无缝数据流，提供工业化所需的追溯性与可扩展性。
 

投资与并购

 

13. Stryker投资3D打印植入体

 
2019年医疗3D打印投资活跃。最大者当属Stryker在爱尔兰设施投入2亿欧元（约2.258亿美元）研发，含负责脊柱、头部、关节3D打印植入体开发的AMagine Institute。
 
Stryker此举彰显3D打印在骨科治疗的巨大潜力。
 
十余年来，3D打印用于生产植入体，常展现优于传统替代品的性能。且3D打印使植入体可专门设计贴合患者解剖，为传统植入体难以或无法重建的病例提供治疗选项。
 
此项投资推进医疗3D打印，为更多人创造受益于更持久、更贴合植入体的机会。
 

14. Carbon融资超2.6亿美元增长基金

 

Carbon 2.6亿美元增长融资是年度最热门投资新闻之一。最新注资使公司累计融资达6.8亿美元，投后估值超24亿美元。
 
2013年成立以来，Carbon持续拓展DLS硬件与材料组合，并保持软件定期更新。
 
其设备现全球运营，公司报告过去12个月打印量增33倍、打印时长增5倍。用户包括Adidas、Ford、Riddell，这波投资将助力公司持续向规模化制造部件推进。
 

15. Sandvik收购BeamIT 30%股份

 
除投资外，2019年见证大型工业公司多项战略动作。夏季瑞典工程工具集团Sandvik宣布收购金属AM专家BeamIT 30%股份。
 

 
Sandvik 2013年切入AM市场，旨在利用其材料与后处理方法丰富经验推出粉末合金，并全流程指导客户3D打印。
 
收购前，公司将粉末事业部并入AM事业部，整合供给。投资BeamIT符合公司通过投资AM深化制造业版图的雄心。
 
如Sandvik，BeamIT在增材领域志在必得，预测未来几年零件需求激增。有Sandvik作伙伴和股东，其有利位置迎接需求。
 

16. GKN收购Forecast 3D

另一显著收购来自英国工业汽车集团GKN，今年收购美国3D打印服务商Forecast 3D。
 
此举使GKN（专注金属3D打印）能跨金属与塑料双向推广AM。
 
也使GKN拓展美国市场触达，切入聚合物AM全新业务线。
 
GKN与Forecast 3D均为HP金属塑料平台先锋。作为HP数字制造网络创始合作伙伴，此收购汇聚两大部件生产商，进一步加速面向全球客户的终端部件规模化AM。
 

17. BASF收购Sculpteo

 
几周前，全球最大化工生产商之一BASF宣布收购法国3D打印专家Sculpteo。
 
收购将助力Forward AM（BASF旗下3D打印子公司）更快推广、生产新3D打印材料。
 
通过收购Sculpteo，BASF也能为客户合作伙伴提供更快3D打印解决方案触达。
 
归根结底，跨AM价值链拓展成行业关键趋势，表明大型材料制造商日益认可3D打印作为工业大规模生产的可行技术。
 

标准化活动

 

18. 金属粉末工业联合会发布金属AM标准合集

 
标准化在确立AM作为生产技术信心中扮演关键角色。虽标准制定周期长、资源密集，但行业对更多标准有强烈诉求。
 
在此推动下，金属粉末工业基金会（MPIF）于2019年初发布《金属增材制造粉末表征标准合集》。
 
该文件汇编9项现有测试方法，涉及金属粉末原料，旨在助力设计师与制造商实现对金属AM更强管控。
 
上月MPIF还发布修订版AM标准合集。
 

19. 标准化门户网站

 
去夏天，America Makes与ANSI增材制造标准化协作（AMSC）发布第二版《增材制造标准化路线图》。路线图识别现有标准与规范、在研标准，评估缺口，推荐最需标准的领域。
 
AMSC不止于此，今年推出在线门户，会员与公众可便捷获取最新文档。门户提供观察追踪AMSC在AM标准开发进展的途径，展示路线图下一步动作。
 
这为我们当前标准化进展提供更多透明度。
 

20. SAE International发布首个聚合物AM规范

 

 
随3D打印在航空航天应用增长，企业更需标准以在终端部件生产中使用技术。
 
为满足此需，SAE International发布面向航空航天的首个AM聚合物规范。标准源于航空公司通过国际航空运输协会（IATA）EMG提出的3D打印客舱部件诉求。
 
两项标准规定了熔丝制造（FDM®）或其他材料挤出工艺及配套材料要求。用户可用文件批准新机器、工艺、材料，并验证适当配置与测试方法。
 

新应用

 

21. Ford与Carbon推出3D打印汽车量产件

 
2019年初，Carbon因首个Ford量产3D打印件登上头条。
 

 
双方共同开发Ford Focus HVAC（暖通空调）杠杆臂服务件、Ford F-150 Raptor辅助插头、Ford Mustang GT500电子驻车制动支架。
 
这些部件采用Carbon数字光合成（DLS）3D打印技术与EPX（环氧）82材料制造，通过Ford所有性能标准与要求。
 
这些应用显示Ford正奠基利用AM实现更令人振奋的成果。
 
"增材制造将继续更深度融入我们日常业务各环节"，Ford AM技术负责人Harold Sears在AMFG专家访谈系列中解释，"不再是例外，而将更多被接受为常态。"
 

22. 3D打印自行车部件起势

 
本年度见证多家专业自行车制造商将3D打印部件融入产品。
 
例如Franco Bicycles推出新款电助力车，搭载加州初创Arevo制造的3D打印复合车架。作为Emery系列一部分，该车架用于Emery ONE电助力车，成为全球首款3D打印车架量产车。
 

 
3D打印碳纤维车架独特之处在于作为单件制造，而非传统车架典型的多件组装。得益于Arevo专有机器人3D打印工艺与专利生成式设计软件。
 
得益于3D打印，Emery ONE车架交期从18个月周期压缩至数天。
 
荷兰公司MX3D（以3D打印钢桥闻名）发布Arc Bike II，搭载3D打印铝车架。设计更轻、易定制，仅用24小时通过线弧增材制造（WAAM）打印完成，该技术与定向能量沉积高度相似。
 
近期自行车部件制造商Gamux推出新款3D打印自行车部件系列。含Garmin顶盖、弹簧垫圈、转向管垫圈。后者仅1.75g（10mm），成为世界最轻垫圈之一，甚至比碳纤维对应件更轻。
 
3D打印用于自行车制造的趋势正获实质牵引，赋能更多公司创造轻量化、高性能自行车。
 

23. Rocket Lab第100台3D打印火箭发动机

 
7月，加州航天公司Rocket Lab完成第100台3D打印Rutherford火箭发动机。自2013年起公司对所有主要发动机部件（含燃烧室、喷射器、泵、主推进剂阀）采用3D打印。
 
九台Rutherford液体推进发动机驱动Rocket Lab Electron火箭，复合材料结构，有效载荷达225kg。发动机部件用电子束熔融（EBM）技术打印，据称成本低于常规工艺。
 
Rocket Lab创始人兼CEO Peter Beck称，发动机"在实现Rocket Lab高频可靠发射小卫星现实中发挥了关键作用"。
 
近期Rocket Lab再次验证3D打印发动机可靠性，Electron发射器成功将4颗卫星送入轨道。
 

24. Volvo Trucks 3D打印500件制造工装

 
使用3D打印原型数年后，Volvo Trucks北美近期达成制造500件3D打印工具里程碑。含车顶密封规、保险丝安装板、钻孔治具、转向助力适配器座、行李门间隙规、行李门销。
 
所有部件在Volvo创新项目实验室生产。实验室使公司能内部生产组件，主要用选择性激光烧结（SLS）技术。
 
SLS 3D打印采用让Volvo工程师能在数小时内设计打印部件，实现更快周转与成本节约。
 
案例中，Volvo称喷漆雾化器清洗用单件扩散器，单件节省超$1,000。AM还将传统多部件整合为单件。
 
技术虽仅应用数年，已证明是Volvo制造流程的宝贵补充，显著节省生产时间与部件成本，持续提升质量。
 

25. New Balance与Formlabs合作3D打印运动鞋

 
本年度运动鞋行业也因New Balance与Formlabs合作而震动。
 

 
9月New Balance宣布更新TripleCell 3D打印平台，新增运动鞋：FuelCell Echo Triple。
 
New Balance 3D打印鞋核心创新是与Formlabs共同开发的Rebound树脂材料。该材料融合跑鞋追求的多项特质：回弹、支撑、耐久。
 
该材料用于3D打印990 Sport鞋后跟及最新FuelCell Echo Triple鞋前掌，均采用复杂晶格结构设计。
 
New Balance称，3D打印使其大幅缩短设计到制造周期，彻底重塑鞋款设计方法论。
 

2019：推动AM工业化

 
这些是2019年最显著里程碑，只是冰山一角，无数其他发展、合作、应用共同塑造了2019年行业面貌。
 
汇聚成大图景，指向显而易见却振奋人心的趋势：AM行业正变得更强、更大、更整合。
 
虽仍存挑战，但AM应用数量持续增长，利益相关方推动更多技术方案。有这些进展，2020年有望延续新机遇与增长轨迹。