下篇 l 帶你看懂當前3D打印發(fā)展到什么階段了？
發(fā)布時間：
2023-01-11 12:47
如果說3D打印是一次工業(yè)革命，那么發(fā)展至今，這場革命到來了么?是“隨風潛入夜，潤物細無聲”的遍及了行業(yè)各個層面，還是“小荷才露尖尖角”般的蜻蜓點水似的存在?本期，3D科學谷繼續(xù)《上篇l一文看懂當前3D打印發(fā)展到什么階段了?》，通過下篇來對更多行業(yè)進行詳細分析。
3D打印當前發(fā)展的情況。來源：AMFG
機遇在于過程市場來自醞釀
電子產(chǎn)品
電子行業(yè)是一個年輕但不斷發(fā)展的3D打印領域，通過利用3D打印，工程師能夠設計和生產(chǎn)復雜的電路板和天線的原型。
3D打印的多層電子線路板。來源：Nano Dimension
Optomec和Nano Dimension目前是3D打印電子市場中最大的兩家公司。自2016年以來，臺灣電子公司光寶集團(LITE-ON)一直將Optomec的氣溶膠噴射技術應用于消費電子設備的3D打印天線和傳感器。
為了將3D打印電子產(chǎn)品推向主流，該技術首先需要變得更具可擴展性，以便能夠達到更高的產(chǎn)量。材料和設計軟件還需要配合上，使電子制造商能夠以更高的復雜性進行3D打印從而實現(xiàn)更強大的功能。
在過去幾年中，我們看到3D打印電子產(chǎn)品取得了重大進展。這些進步正在慢慢將電子產(chǎn)品的3D打印從單純的原型制作轉(zhuǎn)移到直接生產(chǎn)。
而根據(jù)《科學進展》，美國麻省理工學院(MIT)和奧地利維也納大學(UV)研究人員利用高度聚焦電子束成功控制了單個原子的去向，這對量子設備和傳感器的制造有重要推動作用。通過電子束操縱單原子，“原子工程”新時代開啟。
未來，原子工程是否與3D打印技術發(fā)生某種程度的跨界結合，進一步改變傳感器等電子結構件的制造，這種可能性是存在的。
不過目前，電子3D打印仍處于發(fā)展期，它已經(jīng)成為一種有用的原型技術，但在進入主流之前還有很長的路要走。更多信息，請參考3D科學谷發(fā)布的《3D打印與電子產(chǎn)品白皮書》
建筑
在過去的幾年中，3D打印在建筑領域引起了很大的興趣。在很多方面，媒體大肆宣傳3D打印整個房屋的誘人概念，這激起了市場的興奮。
然而，盡管大肆炒作，建筑行業(yè)的3D打印仍然處于早期階段。過去幾年實現(xiàn)的絕大多數(shù)建筑項目僅用于示范目的。這些項目的價值共計數(shù)億美元，與全球建筑業(yè)年10萬億美元的市場相比，是微不足道的。
目前，建筑行業(yè)有三種主要的3D打印應用：
混凝土擠壓：3D打印機擠出混凝土材料的特殊配方以形成結構，例如墻壁；
模具：3D打印建筑模具，用于生產(chǎn)建筑結構件；
直接打印：使用大規(guī)模金屬3D打印技術(如直接能量沉積)對金屬結構進行3D打印，如制造橋梁等；
裝飾類：室內(nèi)設計和建筑模型的3D打印。
這些應用領域的成熟程度各不相同，例如，混凝土3D打印可用于制作建筑物的基礎和墻壁。但這只是建造房屋所需要的一部分，不包括加熱，管道，電氣，窗戶，地板，屋頂?shù)炔糠值陌惭b。
然而，混凝土的3D打印有可能在未來幾年內(nèi)大大改善。預計全球混凝土3D打印市場將從2018年的3056萬美元增長到2024年的5789萬美元。這一增長將主要受到越來越多的創(chuàng)新建筑項目的推動。例如，迪拜有一項雄心勃勃的使命，即在未來六年內(nèi)在25%的新建筑項目中實施3D打印。
目前，建筑中3D打印的最大應用在于利用3D打印來生產(chǎn)復雜的大型模具。最近在紐約市一座42層住宅和商業(yè)建筑的改造項目極大地說明了這一點。
如果通過創(chuàng)建木制模具完成改造將是一項復雜的任務，可能需要長達9個月的時間才能完成。為了加快這一過程，采用了大規(guī)模BAAM3D打印技術，并能夠迅速打印40個模具。
3D打印建筑模具不僅速度更快，而且還為建筑師提供了更大的靈活性，可將創(chuàng)新形狀融入其設計中。
在建筑公司采用3D打印來實現(xiàn)3D打印房屋的承諾之前，仍然有很多研究和開發(fā)。在不久的將來，3D打印將繼續(xù)用于建筑模型，室內(nèi)設計組件和模具。
然而，從長遠來看，3D打印為建筑師創(chuàng)造了更多的改造和創(chuàng)新的機會。
石油天然氣和電力
跨國石油和天然氣公司BP已將3D打印列為將在未來幾年內(nèi)顯著影響能源行業(yè)的六種技術之一。3D打印在石油和天然氣行業(yè)的主要優(yōu)勢包括提高開采設備性能，降低設備成本和交付周期，以及更靈活和分布式的供應鏈。
盡管有這些好處，但石油和天然氣行業(yè)的3D打印技術采用速度緩慢。在石油和天然氣中采用3D打印的障礙是該行業(yè)最大的利益相關者完全依賴其供應鏈。石油和天然氣開采設備的一級和二級供應商傾向于依靠成熟的生產(chǎn)方法，3D打印等新的制造工藝融入需要克服重重障礙。
然而，像GE和西門子等電力先驅(qū)已經(jīng)開始將3D打印集成到他們的制造供應鏈中，使用3D打印技術生產(chǎn)渦輪機械零件，葉輪，燃燒器等。
西門子3D打印的葉片
對于此類應用，金屬3D打印技術：如SLM選區(qū)金屬熔化3D打印技術，EBM電子束熔化3D打印技術和DED定向能量沉積3D打印技術將逐步在石油和天然氣行業(yè)占有一席之地。特別是DED技術可能對該行業(yè)富有價值，因為它不僅能夠制造新零件，而且能夠修復現(xiàn)有零件。
3D打印行業(yè)的企業(yè)要說服石油和天然氣行業(yè)采用其技術，則需要確定最有價值的早期應用。從而提高石油和天然氣公司建立3D打印技術應用中心的能力和信心，以最大限度地發(fā)揮3D打印的潛力。
另外，為了將3D打印轉(zhuǎn)變?yōu)槭秃吞烊粴忸I域的主流應用，必須推進建立滿足強大性能要求的功能部件的行業(yè)安全標準。
目前已經(jīng)開展了許多研究計劃，目的是確定用于石油和天然氣的3D打印流程和材料。
最近，南洋理工大學和全球質(zhì)量保證公司DNL GL(挪威船級社-DNV與德國勞氏船級社-GL合并后的機構)最近簽署了一份為期四年的研究合作協(xié)議。該協(xié)議將側(cè)重于為海事和石油天然氣行業(yè)制定行業(yè)標準，質(zhì)量保證流程和3D打印認證標準。鑒于目前的采用程度和行業(yè)標準化的速度，預計石油和天然氣領域?qū)⒃谖磥?到10年內(nèi)開始將3D打印納入其供應鏈。
更多信息，請參考3D科學谷發(fā)布的《3D打印高溫合金白皮書》
工業(yè)品
工業(yè)產(chǎn)品包括生產(chǎn)用于制造其他設備的機械零部件，模具和工具。對于這一領域，3D打印提供了一系列優(yōu)勢，包括縮短交貨時間，新的設計機會和按需生產(chǎn)。隨著技術和材料走向成熟，3D打印現(xiàn)在越來越多地應用于從模具到機械零部件和備件的各種應用中。
金屬3D打印隨形冷卻模具。
來源：《3D打印模具白皮書v2版本》-計劃于2019年10月發(fā)布
例如，全球最大的資本品公司之一CNH Industrial(CNH是由紐荷蘭公司和凱斯公司在1999年合并而成)最近宣布將在其制造流程中引入3D打印，重點應用的領域是生產(chǎn)公共汽車和農(nóng)業(yè)設備的備件。
CNH已經(jīng)確定了通過塑料3D打印制造的四個零件，同時在尋求將金屬3D打印引入到其零件生產(chǎn)中。最終，CNH希望利用3D打印擴展到更多的系列零件生產(chǎn)中，以“在產(chǎn)品生命周期的每個階段響應所有類型的需求。”
此外，桌面級3D打印機的成熟以及向工業(yè)方面的轉(zhuǎn)變促進了3D打印工具應用(包括工裝夾具)的3D打印。
與此同時，砂型3D打印機越來越多地被鑄造廠引用，為重型設備和機械零件制造砂芯模具。與傳統(tǒng)方法相比，砂型3D打印在生產(chǎn)模具方面不僅快速，還可以實現(xiàn)更復雜的形狀。更多信息，請參考3D科學谷發(fā)布的《3D打印在鑄造領域的價值與應用趨勢白皮書》
工業(yè)產(chǎn)品的3D打印已經(jīng)達到了早期的主流階段，許多大公司都在印用3D打印技術以制造最終用途零件和備品備件。
工業(yè)品行業(yè)已經(jīng)開始從3D打印中獲益。為了鞏固這一進步，該行業(yè)需要在標準化和研究活動方面進行合作。這將有助于確定更多適用的案例并增加對3D打印技術的信心。
更多信息，請參考3D科學谷發(fā)布的《3D打印模具白皮書V1》，《3D打印與液壓行業(yè)白皮書》，《3D打印與換熱器及散熱器白皮書V1(上篇)》《3D打印與換熱器及散熱器白皮書V1(下篇)》
消費品
在消費品行業(yè)，3D打印的應用主要集中在創(chuàng)建用于產(chǎn)品設計和開發(fā)階段的原型。
雖然快速原型設計仍然是一個關鍵應用，但該技術的真正潛力可能在于直接制造消費產(chǎn)品。通過3D打印生產(chǎn)終端消費產(chǎn)品的主要好處包括經(jīng)濟高效的定制化和更大的設計自由度。
截至到2019年目前，鞋類、眼鏡、珠寶和自行車制造是利用3D打印生產(chǎn)的最大消費類細分市場。
柏林眼鏡公司Mykita早在2011年就推出了世界上第一個3D打印眼鏡系列。Mykita采用SLS選區(qū)激光燒結技術和尼龍材料為其MYLON太陽鏡系列打造鏡架。
3D打印的鞋。來源：耐克
此外，制鞋業(yè)正在進行大量投資，以開發(fā)數(shù)字鞋類制造工作流程，以實現(xiàn)更快的創(chuàng)新和大規(guī)模定制。為此，匹克，adidas，Nike，New Balance，Reebok和Under Armour等品牌正在采用SLS，SLA和Carbon的 DLS等3D打印技術，將中底和鞋墊等3D打印元素引入其鞋類。更多信息，請參考3D科學谷發(fā)布的《3D打印與鞋制造技術白皮書》
在首飾領域，3D打印正以兩種方式使珠寶制造商受益。第一種是通過3D打印與鑄造的結合模式，這種模式比傳統(tǒng)方法更便宜，生產(chǎn)更快。
第二種方法是使用貴金屬直接3D打印首飾。
這兩種方法都可以創(chuàng)造出具有薄壁和復雜細節(jié)的定制化珠寶，這是通過其他方式難以實現(xiàn)的。更多信息，請參考3D科學谷發(fā)布的《3D打印與首飾行業(yè)白皮書》。
自行車制造商也正在將3D打印引入其生產(chǎn)中，這一新機遇能否獲得擴展很大程度上取決于成熟的復合3D打印技術。通過復合3D打印，自行車制造商可以更快速，更輕松地制造定制化的自行車。
不可否認，即使在消費品行業(yè)的這些部門中，3D打印的采用率仍然相對較低，特別是與航空航天和醫(yī)療這些先驅(qū)行業(yè)相比。
對于大多數(shù)消費品公司而言，將3D打印用于規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品在經(jīng)濟上是不可行的，至少目前如此。因為3D打印的經(jīng)濟型目前無法與傳統(tǒng)制造的產(chǎn)量相媲美。3D打印適合應用的領域包括：改變產(chǎn)品的設計以實現(xiàn)特殊的功能;高附加值產(chǎn)品;定制化產(chǎn)品。
在消費品領域，目前看來，即使3D打印的成本效益提高，該技術也不可能完全取代任何消費品行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)方法。
盡管3D打印在消費品領域有許多新的應用，但該技術仍處于采用的早期階段，特別是與航空航天和醫(yī)療等行業(yè)相比時。與注塑成型等既定方法相比，產(chǎn)量也較低。
然而，隨著技術變得更具可擴展性，未來五年將有更多的消費品公司引用3D打印。這將有助于確定可從3D打印技術中受益最多產(chǎn)品，并使3D打印能夠更多的融入到生產(chǎn)流程中。
賦能邏輯與產(chǎn)業(yè)化邏輯
正如3D科學谷的《3D打印與工業(yè)制造》所提到的3D打印賦能邏輯，3D打印提供的附加值價值創(chuàng)造包括改進的產(chǎn)品功能，更高的生產(chǎn)效率，定制化，更短的上市時間和按需備件。出于3D打印的賦能邏輯，航空航天、醫(yī)療、汽車和工業(yè)產(chǎn)品行業(yè)的公司正在加速對3D打印技術的投資。
不過在3D打印技術真正得到廣泛采用之前，仍有一些障礙需要克服。尤其是包括材料和工藝的標準化，如何降低生產(chǎn)成本以及如何實現(xiàn)更高的質(zhì)量可重復性和可靠性。
3D打印設備制造商和行業(yè)利益相關者正不斷解決這些挑戰(zhàn)：一方面通過更好的控制系統(tǒng)增強設備的可靠性;一方面通過自動化、合作開發(fā)標準和改進流程來解決這些局限性。
制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正在迅速變化，部分原因在于3D打印技術不斷增長的能力。為了在這個生態(tài)系統(tǒng)中茁壯成長并獲得制造業(yè)附加值創(chuàng)造能力，企業(yè)可以考慮從通過3D打印進行原型設計起步，并嘗試擴展到生產(chǎn)的可行性，逐漸制定出可以實現(xiàn)的戰(zhàn)略計劃。更多信息，請參考3D科學谷發(fā)布的《3D打印產(chǎn)業(yè)化機遇與挑戰(zhàn)白皮書》。（來源3D科學谷）
河北敬業(yè)增材制造科技有限公司成立于2015年，總投資規(guī)模23.4億元人民幣，是全國500強企業(yè)---敬業(yè)集團的全資子公司，公司位于河北省石家莊市平山縣南甸鎮(zhèn)敬業(yè)集團工業(yè)園區(qū)，是一家集專業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售高端氣霧化金屬粉末、激光再制造、3D打印服務于一體的全流程增材制造公司。
我公司現(xiàn)有EOS M290打印機8臺，EOS M400-4 1臺，Arcam 電子束粉末快速成形系統(tǒng)和鉑力特S310各1臺，其中EOS M400-4屬國內(nèi)先進設備，配備四個激光頭，打印效率是E0S M290單激光頭的3倍以上，具有成型精確、材料利用率高等優(yōu)點；公司致力于為各制造領域客戶提供金屬3D打印整體解決方案，業(yè)務主要涉及到航空航天零部件、模具、醫(yī)療器械及骨科植入物、汽車制造，船舶制造等領域。
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