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在過去10年中，增材制造（3D打?。┘夹g得到了持續發展并鞏固了其在私營企業、學術界以及政府部門中的地位。2010-2019年間，增材制造行業經歷了強勁的兩位數增長。據Wohlers Report 2021顯示，10年間增材制造的年平均增長率達27.4%。

對于許多公司的產品開發和制造來說，2020年都是頗有挑戰性的一年。即便如此，Wohlers公司估計2021年全球增材制造行業的增長幅度將在7%-9%之間。預計到2022年，行業增長將恢復到新冠肺炎疫情暴發前的同等水平。

在新冠肺炎疫情暴發后不久，全球供應鏈崩潰，但增材制造技術的快速反應能力表現不俗。例如，一些機構組織采用3D打印技術生產面罩、口罩、鼻拭子和呼吸機替換零部件。3D打印技術憑借其敏捷的反應速度，不僅改善了醫療狀況還挽救了無數生命。

位于美國馬薩諸塞州沃特敦市的Markforged公司正在執行一項名為DIAMOnD（鉆石）項目，其中一部分就是在密歇根州內安裝300多臺擠壓成型3D打印機。該項目是為了應對新冠肺炎疫情而由Automation Alley創建的，旨在提高制造業的響應速度。Automation Alley是密歇根州一家致力于通過自動化推動經濟發展的非盈利機構。Markforged公司構建了一個3D打印機網絡，可以根據需要遠程啟動，生產個人防護裝備和其他物資。

新冠肺炎疫情造成的貿易中斷，對許多增材制造服務提供商以及機器、材料、軟件生產商造成了不利的影響。但據行業觀察者判斷，增材制造行業即將觸底反彈，因為疫苗使人們可以安全旅行，也給產品開發和生產提供了更好的支持。對于提供增材制造產品和服務的供應商而言，以前被壓抑的市場需求有可能復蘇，給目前正經歷困境的公司帶來轉機。

從概念到生產

在過去25年的時間里，3D打印已經發展成為一種吸引人的迭代設計技術，并成功取代了許多公司昂貴且耗時的原型制造法。但增材制造技術常會用到一些不同于批量生產的機器和材料。在原型開發和正式制造中，使用相同的機器和材料可以創造利益，這會引發新的思考方式。

其中的一個例子是，位于美國增材制造服務提供商Avid Product Development公司與CGX公司達成了合作。CGX公司制造用于研究和臨床使用的腦電圖（EEG）設備。腦電圖耳機可以記錄大腦的電活動。傳統的耳機安裝麻煩，戴起來也不舒服。在CGX，使用增材制造技術生產這樣復雜的設備是個理想選擇，因為這種耳機每年產量少于1,000件，單件制造成本相對較高（至少2萬美元）。

為了生產CGX Quick-20r耳機，CGX公司反復開發、測試了許多設計，最終將80個獨特的零部件合并成了30個。這款產品配置了19個“貼片”，內有腦電圖傳感器，與人的頭部接觸以捕捉其大腦活動。使用增材制造技術后，可以將“貼片”自由調整到三個方向。如果不用此技術，需要組裝才能實現這項功能，而現在只要采用數碼預組裝和3D打印就能實現。

位于美國加利福尼亞州帕洛阿爾托的惠普公司生產的Jet Fusion系統，被用于PA11（尼龍）的產品開發和零部件制造。CGX公司總裁Ira Friedman表示，如果使用注塑成型技術，需要200個單獨的零部件才能組裝出系統。而且加工這些零件還需要大量的預付資金。這樣看來，增材制造技術的確具有“先天優勢”。

增材制造產品指出未來前景

已經證明，3D打印是生產復雜結構的產品、替換零件、按需制造以及大規模定制產品的理想選擇?，F在，有三家不同的鞋業公司都在致力于該技術的開發。它們是位于圣地亞哥的FitMyFoot公司，位于芬代爾市的Superfeet公司，以及位于澳大利亞溫莎的iOrthotics公司。

這些公司用3D技術掃描顧客的腳來定制鞋墊，采用數字技術調整鞋墊形狀，以實現鞋墊與腳的完美貼合。這項技術還適于更大型的應用領域，比如位于美國舊金山的Supertrata公司，使用增材制造技術生產適合客戶身材及騎行風格的自行車。對于那些天生不是標準尺寸的消費者來說，3D打印有助于為他們做到更適合自己的產品尺碼，增加產品的價值。

英國倫敦的勞斯萊斯汽車有限公司是寶馬集團的一部分，正在為其“幻影”跑車制造金屬零部件。大多數金屬增材技術的產量都很小，但該公司表示，將為該車型生產數十萬個增材制造零部件。2020年6月，寶馬集團在德國慕尼黑郊外的上施萊斯海姆開設了增材制造園區，迄今已產出超過30萬件精密的增材制造零部件。

在航空航天行業，位于美國丹佛的Boom Supersonic公司正在使用金屬增材制造技術為XB-1超音速飛機制造關鍵的飛行零部件。這款飛機零部件很復雜，產量也很低，所以選用增材制造技術是理想的。Boom Supersonic公司與Velo3D公司合作，為發動機硬件、環境控制系統、甚至一些結構零部件設計了21個零部件。這些復雜的零件必須能夠承受極端環境的考驗，如果采用傳統制造方法，挑戰很大。

圖1：用于勞斯萊斯“幻影”跑車的量產的金屬增材制造零部件。這是《Wohlers Report 2021》中談到的一項應用。

圖2：CGX Quick-20r腦電圖耳機配置了19個“貼片”，內有腦電圖傳感器，與人的頭部接觸以捕捉其大腦活動。使用增材制造技術，可以將“貼片”自由調整到三個方向。

2020年，位于美國亞利桑那州鳳凰城的霍尼韋爾航空航天公司獲得了美國聯邦航空局（FAA）認證，它的首個飛行關鍵級引擎零部件——達索獵鷹20G海上巡邏機上的ATF3-6渦扇發動機的軸承座——是通過增材制造技術生產的。這種發動機在1960年就開始設計了，現在仍在使用的只有十幾臺。由于缺少可更換的零部件，維護工作具有挑戰性。增材制造技術正是這款發動機零部件制造的理想選擇，因為生產難度大，這么低的需求量又令其生產成本變得極為高昂。

位于美國加利福尼亞州圣何塞市的Sierra渦輪機公司利用增材制造技術制造了一種更高效的微型渦輪機，用于無人機的推進系統。使用增材制造技術后，Sierra渦輪機公司就能以一個零件替代以往需要61個零件組裝的部件，并能在50小時內打印出來。未來，Sierra渦輪機公司希望將此設計擴展到商業客機的應用上。

圖3：通過增材制造技術打印出的勞斯萊斯幻影跑車的一個零部件。

金屬增材制造技術在燃氣渦輪上的應用正變得越來越普遍，因為它使設計更自由，重量更輕，性能更好。使用Velo 3D打印機以Hastelloy X合金打印而成的Aurelius Mk1核心機，大修的間隔時間增加了40倍，功率增加了10倍。

位于盧森堡公國盧森堡市的阿塞洛米塔爾鋼鐵和礦業公司，與位于荷蘭埃因霍芬市的Additive Industries公司合作，在有客戶需求的地方附近生產零部件。在2017年兩家公司合作之前，阿塞洛米塔爾公司只能生產小配件，但現在它能夠制造尺寸為420mm×420mm×400 mm的零件了。

在電力和能源領域，位于挪威特隆赫姆的SINTEF公司和挪威斯塔萬格的Equinor公司合作研發了Weldar，一種適用于零件修理的定向能量沉積系統，可用于海上鉆井，因為海水腐蝕會引發停產。該系統采用3D掃描技術有助于現場設計和維修零件，可以減少停機時間，使得現場庫存就能滿足零部件的更換需求。

位于法國巴黎的通用電氣可再生能源公司、位于丹麥哥本哈根的COBOD公司以及位于瑞士楚格市的LafargeHolcim公司，合作建造了一個更高的風力渦輪機塔。由于道路限制，大多數商業風力渦輪機塔無法超過100米。有了增材制造技術后，現場制造可以造出超過150米高的商業塔臺。更高的塔預計將使能源輸出增加30%。這展示了混凝土3D打印技術的潛力可能不僅局限于建筑墻壁。

圖4：通用電氣可再生能源公司、COBOD公司以及LafargeHolcim公司一起合作，通過增材制造技術建造了這座風輪機原型塔。

圖5：Nano Dimension公司生產的高性能電子設備是專為增材制造工藝設計的。這種工藝能令高性能電子設備展現更好的性能，并呈現傳統電子制造不可能的效果。此處展示的高性能電子設備圖是集成電路的三維垂直疊加。

投資比比皆是

在過去幾年中，增材制造行業的投資已經從數百萬美元增長到數千萬或數億美元，代表了該行業的創新潛力。位于美國馬里蘭州蓋瑟斯堡的Xometry公司就是個好例子：它是一家按需生產工業零件的市場導向型公司，自2013年成立以來已經籌集了超過1.93億美元，包括2020年用于開發公司軟件平臺的7500萬美元。目前，Xometry公司擁有超過5,000個合作伙伴，他們致力于增材制造工藝以及其他制造工藝。

位于以色列耐斯茲敖那市的Nano Dimension公司，2021年1月在特拉維夫證券交易所和納斯達克上市，融資3.33億美元。公司生產電子產品，包括印刷電路板，自2020年第四季度以來籌集的資金總額接近10億美元。

2020年12月，位于馬薩諸塞州伯靈頓的桌面金屬公司（Desktop Metal）與位于紐約市的Trine Acquisition公司完成了合并。合并后，桌面金屬公司進行了首次股票公開發行，在紐約證券交易所交易。作為交易的一部分，桌面金屬公司從Trine以及其他投資者處獲得了額外的5.75億美元。更令人印象深刻的是，該公司市值在2021年2月達到了76億美元。桌面金屬公司出售3D打印機的金屬零部件以及復合材料零部件。

除了投資和公開募股，在這個行業領域還出現了幾起并購。例如，2021年1月桌面金屬公司宣布以3億美元收購了德國格萊德貝克的EnvisionTEC公司。同月，美國明尼蘇達州Maple Plain的Protolabs公司同意以2.8億美元收購荷蘭阿姆斯特丹的3D hub公司。

增材制造設計涉及一系列技術，可以將增材制造技術在生產應用中的價值最大化。在做使用增材制造技術的商業案例時，增材制造設計的介入很可能帶來不同的效果。將增材制造技術成功用于生產領域的公司們都了解增材制造設計的價值。

他們理解設計產品時，存在通過使用拓撲優化和晶格結構來加固零部件、減少材料及重量的需求。使用增材制造設計，減少使用支撐材料，可以減少構建及后處理增材制造零部件的時間和成本。但是，大多數公司并不了解增材制造設計。

Wohlers公司進行了諸多調查，發表了一份26年來增材制造行業的研究報告。報告顯示，增材制造零部件的預處理和后處理成本占其總成本的40%以上。通過增材制造設計的應用以及后處理自動化方法，可以顯著降低這些成本。位于德國普拉內格的DyeMansion公司以及位于德國奧格斯堡的Solukon公司，正在開發自動化解決方案，以削減昂貴的勞動力人數。

即使對于大型公司，工業級增材制造的成本仍是一大壓力。據Wohlers 發布的2020行業報告顯示，生產金屬零部件的增材制造機器的價格從10萬美元到500萬美元不等，平均售價為467,635美元。這樣的價格阻礙了增材制造機器普及的速度。

相比大批量生產，材料價格也是在選擇增材制造技術時必須考量的一個因素。增材制造材料的成本是傳統制造類似材料的10-100倍。隨著越來越多的公司將增材制造技術投入大規模生產，總體產量將會增加，價格可能會下降。但這可能需要數年的時間。對于許多應用領域來說，材料成本不會阻礙他們使用增材制造原型和低量生產。

用于3D打印的新材料正在不斷被商業化，但與傳統制造的材料相比，數量仍然微不足道。針對每個增材系統，通常只有少數材料可用，這就使得為某種特定的生產應用采用某種增材制造技術變得更具有挑戰性。

3D打印不是一個按一下鍵就能搞定的技術。對于增材制造在航空航天、汽車、醫療及其他領域的發展，機器和操作人員可以進行可重復的流程是至關重要的。為了得到廣泛應用，必須克服這種質量挑戰，這樣各家機構才有可能在世界各地的機器上產出相同的零部件。

本文轉自 未知大陸