2024 年增材制造：整合,、擴張和智能工廠，多位行業(yè)領(lǐng)導者討論未來發(fā)展方向

2023年12月,，有外媒采訪了幾位增材制造行業(yè)運營商,、領(lǐng)導者和先驅(qū)者，他們闡述了增材制造在2024年將會遇到的機遇,，確定了從技術(shù)集成到新材料和智能工廠的幾個關(guān)鍵領(lǐng)域,。許多人都認為人工智能將在推進增材制造方面發(fā)揮巨大作用，以下是ChatGPT給出的 AM 的關(guān)鍵趨勢,，這些趨勢可能會在新的一年中持續(xù)下去,，同時它也非常清楚地表明，人工智能本身只能幫助我們進行一般觀察,，還沒有任何人工智能可以取代人類專家分析,。



以下是 Chat GPT 認為增材制造行業(yè)最可能在 2024 年持續(xù)的趨勢：

●采用率不斷提高：增材制造一直在穩(wěn)步增長，其在航空航天,、醫(yī)療保健,、汽車和消費品等各個領(lǐng)域的采用可能會繼續(xù)增加。

●材料的進步：研究人員和公司正在不斷開發(fā)用于3D打印的新材料,，這可以擴大應(yīng)用范圍并提高打印物體的質(zhì)量,。

●更大、更快的打印機：隨著技術(shù)的進步,，3D 打印機可能會變得更大,、更快、更高效,，從而可以在更短的時間內(nèi)生產(chǎn)更大,、更復雜的零件。

●可持續(xù)性：可持續(xù)性是制造業(yè)日益受到關(guān)注的問題,，增材制造行業(yè)可能會越來越關(guān)注環(huán)保材料和工藝,，這包括回收或生物基材料的發(fā)展。

●定制和個性化：3D 打印的優(yōu)勢之一是能夠創(chuàng)建定制和個性化產(chǎn)品,。到 2024 年,，會看到更廣泛的行業(yè)利用這種能力來滿足個人客戶的需求。

●監(jiān)管變化：政府和監(jiān)管機構(gòu)可能會針對增材制造引入新的法規(guī)或標準,，特別是在安全和質(zhì)量至關(guān)重要的醫(yī)療保健和航空航天等領(lǐng)域,。

●與其他技術(shù)的集成：增材制造可能會繼續(xù)與人工智能,、增強現(xiàn)實和區(qū)塊鏈等其他新興技術(shù)集成，以改進設(shè)計,、監(jiān)控和供應(yīng)鏈管理,。

智慧工廠邁向生產(chǎn)之路
增材制造行業(yè)的利益相關(guān)者可以對增材制造的未來提供更詳細的評估。大多數(shù)展望都集中在工廠車間將如何隨著增材制造采用的增加而發(fā)生變化,。Xometry表示,，人工智能是制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵，制造業(yè)首席執(zhí)行官表示,，人工智能將在未來一到兩年內(nèi)在他們的公司中發(fā)揮重要作用,。在已經(jīng)實施人工智能的首席執(zhí)行官中，超過 70% 的人在供應(yīng)鏈管理,、質(zhì)量控制和采購等關(guān)鍵領(lǐng)域看到了顯著的投資回報率,。

●但無論是否人工智能，這一切都從工廠車間開始,。Markforged戰(zhàn)略應(yīng)用工程高級經(jīng)理 Tripp Burd說道：“在制造業(yè)中,，經(jīng)常被忽視的核心是工廠車間，復雜的流程在這里展開,，使消費品完美地呈現(xiàn)在大眾面前,，先進技術(shù)的引入強調(diào)了該領(lǐng)域?qū)��?chuàng)新的迫切需求。隨著消費者需求的增加和供應(yīng)鏈中斷的持續(xù)存在,，工廠車間成為解決方案的紐帶,，這些解決方案不僅可以滿足不斷增長的需求，還可以應(yīng)對頻繁中斷帶來的挑戰(zhàn),�,！�


△Makrforged 3D 打印機

“集成的硬件和軟件將成為推動工廠車間恢復能力的證明。通過使制造商和原始設(shè)備制造商能夠按需生產(chǎn)精密組件并減少對傳統(tǒng)制造方法的依賴,，這些尖端解決方案將成為應(yīng)對更廣泛供應(yīng)鏈中的延誤和挑戰(zhàn)的重要工具,。這些創(chuàng)新方法在工廠車間的融合對于確保生產(chǎn)效率和當今快速變化的工業(yè)格局所需的適應(yīng)性至關(guān)重要�,！�


△Jeffrey A. Graves 博士被任命為 3D Systems 新任總裁兼首席執(zhí)行官

●3D Systems首席執(zhí)行官Jeffrey A Graves同意“增材制造加速創(chuàng)新的能力將在消費品領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用”這一觀點,。他表示：“隨著進入門檻的降低，增材制造作為生產(chǎn)技術(shù)的采用不斷加速,。這在耐用消費品行業(yè)中變得越來越明顯,，增材制造曾經(jīng)被視為原型制作的推動者，這可以縮短產(chǎn)品開發(fā)時間,。隨著我們進入 2024 年,，我預計許多消費品制造商將繼續(xù)將增材制造集成到許多應(yīng)用的生產(chǎn)工作流程中，特別是在電子行業(yè)。消費者不斷尋求最新的技術(shù)來幫助他們溝通和管理個人生活,。增材制造能夠加快企業(yè)創(chuàng)新的步伐,，不僅能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，而且能夠推動產(chǎn)品的開發(fā),，為消費者提供前所未有的能力,。“

Graves 預計,，在各個行業(yè)中,，增材制造在生產(chǎn)應(yīng)用中的集成將繼續(xù)在幫助減輕供應(yīng)鏈中斷方面取得重要進展。他總結(jié)道：“行業(yè)領(lǐng)先的制造商不斷意識到,，增材制造使他們能夠通過本地制造來控制供應(yīng)鏈。這反過來又有助于通過減少供應(yīng)商數(shù)量和消除昂貴的物流提供商跨地區(qū)運輸組件的需要來降低成本,。這還有可能通過最大限度地減少制造商的碳足跡來對環(huán)境產(chǎn)生積極影響,。”

●對于Materialise首席技術(shù)官 Bart Van der Schueren來說,，制造商之間的 3D 打印生產(chǎn)之路將存在分歧,。該公司期望根據(jù)客戶的需求，兩種明確定義的路徑共存,。第一種更傳統(tǒng)的與服務(wù)機構(gòu)合作進行快速,、經(jīng)濟高效的打印的模式將通過原型和其他一次性零件的生產(chǎn)繼續(xù)蓬勃發(fā)展。


△Bart Van der Schueren,，Materialise 首席技術(shù)官

然而,，隨著 3D 打印在生產(chǎn)中的使用不斷增加，可能會有更多制造商轉(zhuǎn)向在內(nèi)部引入 3D 打印知識來大規(guī)模生產(chǎn)最終用途零件,。如果制造商能夠彌合知識差距,，第二條途徑將幫助創(chuàng)新者進行增材制造設(shè)計并針對其特定應(yīng)用優(yōu)化獨特的 3D 打印工藝。

●Protolabs意大利國家經(jīng)理 Matteo Carola更具體地探討了人工智能,、5G 和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將在 2024 年發(fā)揮越來越大的作用,。他解釋道： “隨著人工智能、5G,、物聯(lián)網(wǎng) (IoT),、數(shù)據(jù)分析和云計算的發(fā)展，將帶來降低成本,、提高產(chǎn)品質(zhì)量,、增強安全性和可持續(xù)性等優(yōu)勢。2023 年是 3D 打印機安裝量創(chuàng)紀錄的一年,，市場將受益于人工智能帶來的效率,、速度和可訪問性。原型制作仍然是 3D 打印的主要應(yīng)用，但我們看到最終用途零件的產(chǎn)量不斷增加,，尤其是金屬增材制造 (AM),，這意味著它將作為一種成熟的生產(chǎn)方法繼續(xù)發(fā)展�,！�

Carola 指出：”人工智能的應(yīng)用預計將進一步改進,，能夠在錯誤發(fā)生之前檢測和糾正錯誤，節(jié)省時間并提高安全性,。像 ChatGPT 這樣的特定程序通過語音命令簡化了設(shè)計過程,，而不需要編碼來對項目的幾何復雜性進行編程�,！�


△Mighty Buildings 首席執(zhí)行官 Scott Gebicke,。

然而，人工智能和增材制造預計不會奪走工作崗位,。建筑 3D 打印公司Mighty Buildings 的首席執(zhí)行官 Scott Gebicke表示,，“我們還不會看到人工智能影響現(xiàn)場或工廠的工作。人工智能工具的集成將側(cè)重于提高效率,、安全性和決策流程,，補充現(xiàn)場和工廠工人的技能�,！�

早在 COVID-19 爆發(fā)之前,，制造業(yè)就處于勞動力危機中。根據(jù)美國勞工統(tǒng)計局的數(shù)據(jù),，疫情四年后,，制造業(yè)就業(yè)市場有所改善，仍有超過 60 萬個制造業(yè)崗位短缺等待填補,。隨著美國制造業(yè)變得更加高科技,，首席執(zhí)行官們?nèi)匀粨�心吸引高技能人才�?strong>根據(jù) Xometry 的研究，超過一半 (56%) 的首席執(zhí)行官表示,，他們在當今緊張的勞動力市場中很難找到合格的員工,。

共享,、分布式和可持續(xù)的經(jīng)濟
根據(jù)Xometry 的調(diào)查,，回流趨勢將繼續(xù)呈上升趨勢,，到 2023 年，76% 的制造業(yè)首席執(zhí)行官已成功將其部分或全部業(yè)務(wù)回流,。


△Shai Terem,，Markforged 總裁兼首席執(zhí)行官

●Markforged 首席執(zhí)行官 Shai Terem表示：“制造業(yè)與共享經(jīng)濟的交叉將重新定義傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，并以點對點模式重塑工業(yè)格局,。擁有庫存零件的設(shè)施是其他原始設(shè)備制造商使用的理想資源,。保持大量的實物庫存會占用可能多年未動的部分的資金。”

將零件轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作生產(chǎn)中心的能力將為分布式制造的未來鋪平道路,。這涉及將 3D 打印與數(shù)字化平臺集成,，允許在需要的時間和地點上傳和打印零件，而無需提前制造,、運輸和存儲直到需要為止,。

Terem 得出的結(jié)論是，結(jié)果將是從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向更加個性化,、按需制造和端到端過程控制的交付,。他認為，在制造商多年來因疫情和供應(yīng)鏈中斷而感到分裂之后,，共享經(jīng)濟市場中制造業(yè)的未來將創(chuàng)建一個更加可持續(xù)和互聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng),。

●Replique聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運營官 Henrike Wonneberger認為， 2024 年將是減少資本占用以保持競爭力的一年,�,！肮�司必須分析效率低下的流程，這涉及對低效流程進行嚴格分析,，重點關(guān)注最大限度地降低存儲成本，而存儲成本通常占零件總成本的 20%,。發(fā)展到具有按需制造的數(shù)字倉庫可能是一個巨大的機會,。這消除了大量實物庫存的必要性，確保企業(yè)能夠快速有效地適應(yīng)經(jīng)濟波動,�,！�


△Henrike Wonneberger，Replique 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運營官

Wonneberger 繼續(xù)說道：“使公司能夠通過互聯(lián)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)進行分散生產(chǎn),，就在需要零件時,，沒有最低訂購數(shù)量。這種方法可以帶來更高的靈活性和成本效率,，以及更可持續(xù)的供應(yīng)鏈,。該平臺的成功取決于其滿足行業(yè)標準，不僅強調(diào)數(shù)據(jù)安全性,，而且最重要的是數(shù)據(jù)完整性,。無論零件的生產(chǎn)地點如何，統(tǒng)一的零件質(zhì)量將是一個關(guān)鍵考慮因素,�,！�

盡可能靠近使用點制造產(chǎn)品具有多種優(yōu)勢。首先,，它通過避免零件和產(chǎn)品的長途運輸來滿足更大可持續(xù)性的需求,，并幫助組織管理供應(yīng)鏈的不確定性。雖然由于資源、專業(yè)知識和供應(yīng)的原因并不總是可行,，但與當?shù)卦O(shè)施或供應(yīng)商合作可以使公司更加靈活,，能夠更靈活地響應(yīng)不斷變化的客戶需求和市場趨勢。
●Protolabs 的馬特·卡羅拉 (Matt Carola)認為,，制造商將越來越多地采用混合方法,，既涉及集中式設(shè)施，又涉及更多本地設(shè)施的網(wǎng)絡(luò),，以滿足他們的需求,。


△Matteo Carola，Protolabs 意大利國家經(jīng)理
垂直整合也正在成為克服供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)的一種方式,，特別是在航空航天領(lǐng)域,。組織希望更好地控制供應(yīng)鏈的質(zhì)量和能力水平，特別是對于氫等新興技術(shù),。這兩種選擇都意味著公司希望確定能源來源,、職業(yè)道德以及回收和廢物處理標準。

這就引出了制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的話題,。許多公司越來越關(guān)注凈零排放的未來,，并采取積極行動來限制整個工業(yè)供應(yīng)鏈的溫室氣體排放。根據(jù)前面提到的Xometry調(diào)查,，52% 的首席執(zhí)行官認為氣候變化是人類活動造成的生存威脅,。預計，到 2024 年,，公司將實現(xiàn)將可持續(xù)發(fā)展作為業(yè)務(wù)目標,，加大對測量和跟蹤工具的投資，以優(yōu)先考慮其運營的脫碳,。

●Mighty Buildings首席執(zhí)行官 Scott Gebicke提出了他對快速增長的建筑 3D 打印領(lǐng)域的看法,。考慮到普遍關(guān)注的問題,，他預計,，隨著極端天氣事件的頻率增加，節(jié)約用水和隱含碳將成為可持續(xù)發(fā)展對話的中心議題,。近年來,，能源效率一直是對話、法規(guī)和激勵措施的焦點——他說——然而,，隱含碳（我們用來建造的材料）和節(jié)水的影響正變得越來越明顯,，我們預計會出現(xiàn)激增旨在促進節(jié)水和可持續(xù)材料的金融、保險和監(jiān)管激勵措施,。2023 年的重大立法行動開創(chuàng)了先例：佛羅里達州為灰水系統(tǒng)引入了大量稅收抵免（根據(jù)法規(guī) 220.199）,；亞利桑那州對缺乏充足地下水的地區(qū)的新建筑許可證實施了限制,；歐洲要求大公司進行更嚴格的排放報告。


△Materialise 的工廠車間,。

回到工業(yè)制造領(lǐng)域,，Protolabs 的 Matteo Carola 認為可持續(xù)發(fā)展仍然是制造業(yè)的首要任務(wù)，無論是組織的流程還是他們創(chuàng)造的產(chǎn)品,。他表示：“航空航天,、汽車和能源等行業(yè)都有立法目標需要實現(xiàn)，例如到 2050 年實現(xiàn)凈零排放,，因此他們的大部分產(chǎn)品開發(fā)都集中在脫碳和超高效技術(shù)的結(jié)合上,。我們對 450 名制造業(yè)高管的研究表明，可持續(xù)發(fā)展是創(chuàng)新的關(guān)鍵驅(qū)動力,，也是制造商開發(fā)新產(chǎn)品的根本原因,。數(shù)字化制造發(fā)揮著重要作用，因為它可以實現(xiàn)本地化生產(chǎn)并減少浪費,�,！�


△Reji Puthenveetil 3D Systems 工業(yè)解決方案執(zhí)行副總裁。

2024 年應(yīng)用增材制造的主要行業(yè)
2024 年,，更智能,、更分布式、更可持續(xù)的增材制造工廠將用于生產(chǎn)什么,？3D Systems 工業(yè)解決方案執(zhí)行副總裁 Reji Puthenveetil認為,，增材制造已經(jīng)展示了其為各種工業(yè)應(yīng)用改變制造工作流程的能力�,！拔覀兝^續(xù)看到鑄造和航空航天以及石油和天然氣領(lǐng)域的進步,。然而,，當我們進入 2024 年時,，我相信我們將看到增材制造在半導體和耐用消費品這兩個行業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。半導體光刻和晶圓加工設(shè)備需要不斷創(chuàng)新,，以滿足日益復雜的微芯片生產(chǎn)對精度,、速度、可靠性和生產(chǎn)力的要求,。此外,，對提高質(zhì)量、改善總體擁有成本,、縮短上市時間以及最大限度地減少供應(yīng)鏈中斷的持續(xù)需求仍然存在,。”

除其他關(guān)鍵發(fā)展外,，雖然汽車行業(yè)已為 2024 年的增長和創(chuàng)新做好了準備,，但電動汽車制造商在電動汽車方面可能會放慢腳步,。Xometry的汽車調(diào)查發(fā)現(xiàn)，84% 的汽車業(yè)高管表示,，當前的生產(chǎn)時間表和消費者需求的減弱可能會使該行業(yè)難以實現(xiàn)拜登政府未來一年的目標,。調(diào)查顯示，汽車高管最關(guān)心的是電池創(chuàng)新,、充電器兼容性和消費者采用速度放緩,。

根據(jù)Protolabs《2023年機器人生產(chǎn)狀況報告》，軟體機器人和新材料將對未來五年機器人生產(chǎn)的發(fā)展影響最大,。軟機器人技術(shù),，例如使機器人能夠執(zhí)行更多物流任務(wù)的夾具，預計在 2022 年至 2027 年間將實現(xiàn) 35.1% 的復合年增長率,，為生物醫(yī)學,、食品和農(nóng)業(yè)帶來好處。新材料和新技術(shù)的使用需要多次迭代進行測試和完善,，這就是為什么數(shù)字制造成為加快開發(fā)周期的關(guān)鍵要素,。Protolabs Matteo Carola預計建模系統(tǒng)中將出現(xiàn)新材料的熱潮，這一過程被稱為 4D 打印,。通過使用對熱,、光、濕度,、電流或壓力等外部元素做出反應(yīng)的反應(yīng)材料,，4D 打印的物體可以改變形狀或?qū)傩浴＠���,，在航空航天工業(yè)中,，4D 打印的無人機機翼可以響應(yīng)刺激而彎曲高達 20 度，從而顯著提高效率,。在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域,，4D 打印植入物可以隨著時間的推移適應(yīng)患者的身體。智能織物可以根據(jù)濕度和隨溫度波動而膨脹或收縮的液壓系統(tǒng)組件來調(diào)節(jié)其透氣性,。

從更短期來看,，Materialise 首席技術(shù)官 Bart Van der Schueren 預計中端打印機技術(shù)的崛起將在來年吸引新的客戶群。雖然傳統(tǒng)上機器產(chǎn)品要么屬于業(yè)余愛好者,，要么屬于工業(yè)類別,，但經(jīng)過調(diào)整，在這兩者之間的應(yīng)用范圍中表現(xiàn)出色的中檔打印機可以為 3D 打印零件（例如汽車行業(yè)的工具和夾具）將打開新的大門,。

展望 2024 年,，Replique 的 Henrike Wonneberger 預計增材制造行業(yè)將迎來增長和成熟。公司對 3D 打印重要性的認識不斷增強,，現(xiàn)在是時候從最初的設(shè)計階段開始,，將其無縫集成為中小批量系列的主要生產(chǎn)方法,。他補充道：“在現(xiàn)有的服務(wù)提供商中，市場整合的趨勢很明顯,。集中式平臺預計將發(fā)揮關(guān)鍵作用,，為公司提供各種服務(wù)的統(tǒng)一界面，解決行業(yè)碎片化的挑戰(zhàn),。這種去中心化的舉措不僅是為了可擴展性,，也是為了建立一個更加協(xié)作、透明和高效的供應(yīng)鏈,�,！�