3D打印如何推动工业4.0

3D 打印如何推动工业 4.0

编者注：本文是 AspenCore 特别报告“启用 2030 年工厂”的一部分。

想象一下在桌面上打印一个完整的、功能齐全的智能手机——虽然仍然是一个遥远的愿景，但增材制造 (AM) 已经正在重塑从连接器到印刷电路板的电子元件的生产方式。

根据最近的 Hubs 报告，打印机、材料和软件的快速进步已将 3DP 从原型制作转向可靠的最终用途生产。价值 1.01 亿美元的 Markforged 发言人萨姆·曼宁 (Sam Manning) 表示：“我们正处于一个拐点，最终用途零件现在已经很常见。”

行业影响

3DP 消除了对海外合作伙伴的需求，降低了知识产权风险，并能够按所需数量进行现场生产。这种“准时制”方法降低了最低订单数量、运输周期和库存成本。

Flex 是价值 297.2 亿美元的 EMS 提供商，已将 3DP 确定为其工业 4.0 战略的支柱。快速数字原型弥合了设计和制造团队之间的差距，创建了一个实时数字存储库，可随着每次设计更改而立即更新。

流程自动化（切片机优化、智能零件定位、批量布局和后处理）可提高打印速度、质量和一致性。切片将 3D 模型转换为打印机遵循的机器可读指令。

“工厂不再需要多年储存零件，”曼宁解释道。 “如果您需要零件，可以按需打印。”

3DP 的新增功能

3DP 生态系统现在包括大型金属增材制造，例如 SLM Solutions 为美国空军提供的 1.5 米 Z 轴激光粉末床融合系统，以及 Caracol 的近净形金属线弧系统，该系统使用机器人焊接臂进行大型结构和维修。

迄今为止最大的打印工具是波音公司在加工过程中用于固定 777X 机翼蒙皮的修剪工具。 3DP 材料涵盖工程热塑性塑料、树脂、复合材料、聚合物粉末和金属粉末，最近在消除悬垂支撑的非平面打印方面取得了突破。

曼宁指出，“我们不仅制造打印机；我们还开发材料和软件。人工智能驱动的集成生态系统可加速采用。”

用例

3DP 在原型设计、工具制作和大规模定制方面表现出色。快速原型允许设计人员在大规模生产之前验证形状、配合和功能。工具（夹具、固定装置和装配辅助工具）可以按需打印，从而减少机器停机时间并提高敏捷性。例如，丰田将更快的交货时间和设计自由度视为增材制造工具的主要优势。

小批量生产在经济上变得可行。公司无需大量库存即可生产限量版商品或备件。丰田使用惠普的 3D 打印机按需打印替换零件。

当 CAD 文件针对个别客户定制时，大规模定制成为可能。 Formify 使用 3DP 生产基于手部扫描的人体工学鼠标。

批量生产也在兴起：Protolabs 运营着一支由 150 台 3D 打印机组成的车队，每年交付多达 100 万个零件，这一壮举是通过全自动、无人值守的工作流程实现的。

可持续性

制造商面临着削减成本、同时减少对环境影响的压力。与 CNC 加工等减材方法相比，3DP 产生的材料浪费更少，并且可以回收未使用的粉末。它还消耗更少的电力，像 Athena Manufacturing 的熄灯系统这样的机器人可以连续准备和打印零件。

人工智能驱动的设计工具可最大限度地减少失败的打印并优化 CAD 模型，从而进一步减少浪费。本地化生产消除了复杂的物流，降低了碳足迹。据 Hubs 称，将飞机部件轻量化 20% 可以将燃油效率提高 10%。

飞机和汽车等长寿命资产受益于按需备件，从而延长了其使用寿命。

市场展望

2022 年，3DP 市场（包括系统、软件、材料和服务）达到 170 亿美元，每年增长 13%。 Hubs 预计复合年增长率为 17%，到 2023 年将达到 199 亿美元。

“3DP 对于工程师来说是一个强大的工具，”曼宁说。 “它不会取代传统制造，但它正在成为设计工具包的标准部分。”

---
作者：兆易创新，2026 年 11 月 6 日
作者：Marc Biehn，英飞凌科技股份公司工业消费类磁传感产品组主管，2026 年 9 月 6 日
作者：Sifiso Gambahaya，Ignion 高级工程总监，2026 年 8 月 6 日