2023 年 3D 打印預測：零件批量生產(chǎn)或成金屬增材制造主流方向

隨著 3D 打印行業(yè)的成熟，我們可以看到一系列非常積極的發(fā)展正在展開,。如今的行業(yè)正在遠離炒作和不切實際，而真正聚焦于將零件“落地”,。

3D 打印技術非常復雜,，并且具有新穎的零件生產(chǎn)方式。由于增材制造 (AM) 的本質(zhì),，每個打印組件的每個體素都是獨一無二的,。3D 打印技術不是在切割已知的金屬塊，而是用粉末或噴射材料流建造,。因此,，該行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)比其他制造過程中的挑戰(zhàn)更新和復雜得多,。因此，我們在工業(yè)化增材制造方面的工作,，特別是在金屬方面,，還遠未結(jié)束。全球各地的制造商都在這方面進行努力,，所以我們看到了更多的標準,、更多的資格、更高的生產(chǎn)力,，以及更多的 3D 打印工廠級部署,。

然而，大規(guī)模生產(chǎn)的金屬增材制造仍然非常罕見,。在本期文章中,，南極熊總結(jié)了一些金屬 3D 打印領域的領先專家對該技術在 2023 年將如何發(fā)展的看法，并且專家們也提及了他們對 2023 年及以后的系列金屬增材制造的預測,，內(nèi)容如下：

宏觀背景下的 3D 打印發(fā)展

Additive Industries首席執(zhí)行官Mark Massey專注于最高效和最苛刻的應用,，尤其是在更大的宏觀環(huán)境中：“我們認為，高通脹和大宗商品價格將影響客戶在查看增材制造批量生產(chǎn)時如何看待勞動力,、能源和消耗品成本,。隨著用戶對運營支出中的這些因素越來越敏感，人們將更加關注自動化和生產(chǎn)力,，以及消耗品的回收利用,。在我們看來，較高的利率不太可能對打印機的采購產(chǎn)生重大影響,，盡管可能更感興趣的是升級而不是完全更換現(xiàn)場系統(tǒng),。就行業(yè)趨勢而言，隨著各國增加國防開支以補充庫存或提高應對烏克蘭戰(zhàn)爭的能力,，我們可能會看到增材制造在國防工業(yè)中的應用越來越多,。能源行業(yè)也可能會因為化石燃料的更快轉(zhuǎn)換而受到破壞，這可能會在未來為更多的增材制造零件打開大門,�,？傮w而言，我們看到金屬增材制造零件的批量生產(chǎn)持續(xù)強勁的積極趨勢,�,！�

這是一種現(xiàn)實主義，不同于3D打印制造將替代一切的看法,。對生產(chǎn),、成本和自動化的關注似乎確實很有可能發(fā)生。國防和能源也很受看好,，并且現(xiàn)在可以看到這些細分市場增長非�,？�,。Mark的答案的所有前提都是基于現(xiàn)實、實際零件和實際成本采用增材制造,，這是增材制造行業(yè)內(nèi)正在解決問題而不是只提出問題的商人,。

△可進行連續(xù)生產(chǎn)的Additive Industries Metal Fab G2

增材制造軟件的作用

設置、材料,、軟件,、機器和設計是 3D 打印部件的關鍵組成部分，如今的增材制造行業(yè)正在增加對軟件的重視程度,。NASA 的Gradl 是馬歇爾太空飛行中心的總工程師,，也是《推進應用的金屬增材制造/Metal Additive Manufacturing for Propulsion Applications》一書的合著者，他表示：“我預計增材行業(yè)內(nèi)會接連出現(xiàn)各種輔助方法以提高金屬增材制造生產(chǎn)率,，例如后處理自動化,、原位和構(gòu)建后幾何和缺陷檢測技術，以及全過程數(shù)據(jù)捕獲和分析以創(chuàng)建數(shù)字孿生,。至關重要的是,，必須充分了解整個增材制造生命周期，才能進入生產(chǎn)階段并在每個階段保持可追溯性,。輔助工具也必須隨著增材制造構(gòu)建過程本身而發(fā)展,。我對金屬增材制造工藝的成熟感到非常興奮，這些工藝沒有受到太多關注,，也沒有被用于關鍵的最終用途應用,。有了針對性軟件的助力，以前無法打印和加工的新金屬合金將實現(xiàn)更高的組件性能,，并提高增材制造必須提供的經(jīng)濟效益,。”

軟件顯然將在 3D 打印的產(chǎn)業(yè)化中發(fā)揮至關重要的作用,。The Barnes Global Advisors的首席顧問John Barnes將增材制造設計(DfAM)視為流程的關鍵：“我希望軟件和數(shù)字工作流程能夠跟上打印機的生產(chǎn)力,，或者繼續(xù)簡化操作員和工程師操作的趨勢。毫無疑問,，更廣泛地理解 DfAM 首先作為制造設計的一章對于批量生產(chǎn)是必要的,。這些要求不會變得更容易，增材制造需要滿足這些要求,。我經(jīng)常說,，增材制造就像 Ginger Rogers。它必須像弗雷德阿斯泰爾那樣做傳統(tǒng)制造業(yè)所做的一切,，但要倒退和緊跟其后。這意味著,，它必須達到和/或超過現(xiàn)有制造解決方案的能力,�,！�

相比之下，Velo3D的 CEOBenny Buller 卻持相反的看法：“Velo3D 將在2023 年退出軟件設計領域,，專注于成為最大的金屬增材制造設備供應商,。DfAM 正在我們眼前迅速消亡�,！癇enny 認為他的公司最大的機會在于消除對 DfAM 的需求,，而對于 John Barnes 來說，工作流程已經(jīng)完成任務并且需要 DfAM,。無論您怎么看,，軟件越來越成為批量生產(chǎn)最重要的推動因素。

△Velo3D的領先金屬3D打印解決方案—藍寶石XC1MZ

專注于硬件

Autodesk的增材制造總監(jiān)AlexanderOster認為 Fusion360 和其他軟件也是開啟增材制造工業(yè)化的關鍵推動因素,。但是,，他看到軟件已經(jīng)到了我們可以將注意力轉(zhuǎn)移回機器的地步，特別是在成本方面,。他說：“我認為,，金屬增材制造領域目前正在分裂為高端機器和大眾市場機器，前者的規(guī)模和資本成本都在增長（主要由航空航天應用驅(qū)動）,，后者的資本支出和相關風險較低,，將推動低端應用在特定質(zhì)量下需要低零件單位成本。

我們看到配備 8 到 12 個激光器的機器帶來了巨大的生產(chǎn)力提升,，這正在推動大型組件生產(chǎn)和大量行業(yè)增長,，Velo3D、Vulcan Forms 和 Seurat 都是其中的杰出代表,。但是,，該行業(yè)也發(fā)生了其他事情，那就是越來越多的公司正在影響低端金屬 3D 打印,。一些成本較低的參與者也開始進入行業(yè),，它們提供的商品部件或質(zhì)量水平將充斥整個行業(yè)。因此,，New Space 的人將擁有大型機器,，但更多的普通用戶將能夠獲得更高性價比的打印系統(tǒng)。粉末床融合的商品化將是增材制造的巨大發(fā)展,。

另一個以成本為中心的回應來自DB Schenker的 Jochen Loock,。這位前 Fraunhofer 增材制造專家現(xiàn)在正在尋求幫助將一家大型物流公司轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�用于維護、修理和大修 (MRO) 以及備件的 3D 打印強國,。對于這些類型的銷量,，Jochen 是通過成本的角度來看待市場的：“未來幾年成熟的關鍵推動因素正在緩慢但不斷地進行：由于規(guī)模經(jīng)濟、教育傳播和最佳實踐傳播以及標準化基礎正在建立，成本下降,。批量生產(chǎn)將在鐵路,、航空航天和醫(yī)療等利基和高價值市場進一步成熟和傳播。高端汽車批量生產(chǎn)和備件可能成為未來幾年的增長動力,。增材制造領域最重要的功課是擺脫技術敘事,，找到備件供應鏈問題的有利可圖的解決方案。如果有任何創(chuàng)新突破即將發(fā)生,，那將是通過改進工藝和材料相互作用,，將 L-PBF 的工藝速度提高至少兩倍�,！盝ochen是嚴格依據(jù)實際成本和性能來評估這個行業(yè),。

除了大型機器和更好的設備，“過程和材料”的相互作用確實可以帶來顯著的收益,，并導致使用相同設備的經(jīng)濟性更好,。這將真正提高利潤率，降低組件成本,，并成為影響我們行業(yè)的最重要的事情之一,。

金屬后處理

另一件反復提到的一件事是后處理。Solukon首席執(zhí)行官Andreas Hartmann表示：“對于金屬生產(chǎn),，我們預計會出現(xiàn)更加注重后處理的趨勢,，因為這是影響您是否真正進行批量生產(chǎn)的關鍵步驟。你可以隨心所欲地將一個生產(chǎn)過程優(yōu)化成系列化生產(chǎn),，但如果后續(xù)的后處理達不到同樣的高標準,，就不會有真正的系列化生產(chǎn)。源自基于數(shù)字孿生的流動模擬,，我們的軟件模式除粉系統(tǒng)可確�,？煽俊⒖芍貜秃涂深A測的清潔結(jié)果,。第二個趨勢是航天工業(yè)的批量生產(chǎn),。正如媒體所寫，一些火箭公司成功地進行了熱點火測試,，我們距離發(fā)射帶有完全增材制造的燃燒室的火箭進入太空只有幾個月的時間,。這將是增材制造系列燃燒室和其他重要運載火箭元件生產(chǎn)的啟動。此外,，大規(guī)模批量生產(chǎn)將使增材制造的生態(tài)足跡問題更加緊迫,。增材制造中的節(jié)能潛力、粉末回收和碳足跡問題不僅將是一個形象問題,，而且還將成為增材制造公司在經(jīng)濟上重要的話題,�,！�

△Solukon de 打印腔室里的1 米零件。

金屬增材制造會改變聚合物的進程嗎,？

Prototek在增材制造方面有著豐富的整合經(jīng)驗,，該公司此前收購了Steve Grundahl領導的聚合物打印公司Midwest Prototyping。對于金屬 3D 打印的快速發(fā)展是否會吸引他從“聚合物專家”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖饘俸途酆衔铩睂＜�,，Steve表示：“作為專注于聚合物打印服務的公司，我們還沒有找到一個令人信服的理由來轉(zhuǎn)移我們在聚合物方面的優(yōu)勢資源來冒險,。不過,，目前粘合劑噴射領域的競爭以及預測軟件和后處理技術的改進讓我們添加金屬服務的希望很快就會成為現(xiàn)實。”

△打印頭沉積粘合劑,。圖片來源：ExOne

聚合物和金屬 3D 打印服務和制造公司曾經(jīng)是完全不同的世界,，只有少數(shù)公司在大規(guī)模制造中將它們結(jié)合起來。但是,，從史蒂夫這里可以清楚地看出,，Prototek 和 Midwest Prototyping 正在密切關注金屬以及這個市場正在發(fā)生的事情。他們將粘合劑噴射視為使金屬易于使用的技術,。但是,，他也再次提到了軟件是一個關鍵的推動因素。史蒂夫的考慮確實意味著,，也許大量新的資金和產(chǎn)能將在短期內(nèi)涌入金屬行業(yè),。

△圖片來源：Digital Metal

總之，我們看到了 3D 打印行業(yè)的軟件化,。通過 DfAM,、算法和工作自動化工具，該行業(yè)將在連續(xù)零件的金屬增材制造方面取得重大飛躍,。此外,，還需要關注增材工作流程中所有移動位的集成方法。設置,、后處理機器和更好的吞吐量都應該集中在成本上,，同時保持質(zhì)量。我們正在進行實際零件和實際成本計算,，如果我們能夠滿足每個零件的成本,，這將推動優(yōu)化和采用。

真正滿足實際生產(chǎn)需要的想法是我們在這里看到的最大趨勢,。人們看好汽車,、國防、能源,、鐵路和航空航天,，而新空間似乎是目前推動行業(yè)發(fā)展的最大客戶力量,。New Space、航空航天和國防購買的大型機器似乎正在驅(qū)動更復雜,、更大的票務設備和終端用途部件,。對于其他人來說，新一波的低成本機器可能是他們獲得更實惠系列零件的途徑,。