2023 年 3D 打印预测：零件批量生产或成金属增材制造主流方向

随着 3D 打印行业的成熟，我们可以看到一系列非常积极的发展正在展开。如今的行业正在远离炒作和不切实际，而真正聚焦于将零件“落地”。

3D 打印技术非常复杂，并且具有新颖的零件生产方式。由于增材制造 (AM) 的本质，每个打印组件的每个体素都是独一无二的。3D 打印技术不是在切割已知的金属块，而是用粉末或喷射材料流建造。因此，该行业面临的挑战比其他制造过程中的挑战更新和复杂得多。因此，我们在工业化增材制造方面的工作，特别是在金属方面，还远未结束。全球各地的制造商都在这方面进行努力，所以我们看到了更多的标准、更多的资格、更高的生产力，以及更多的 3D 打印工厂级部署。

然而，大规模生产的金属增材制造仍然非常罕见。在本期文章中，南极熊总结了一些金属 3D 打印领域的领先专家对该技术在 2023 年将如何发展的看法，并且专家们也提及了他们对 2023 年及以后的系列金属增材制造的预测，内容如下：

宏观背景下的 3D 打印发展

Additive Industries首席执行官Mark Massey专注于最高效和最苛刻的应用，尤其是在更大的宏观环境中：“我们认为，高通胀和大宗商品价格将影响客户在查看增材制造批量生产时如何看待劳动力、能源和消耗品成本。随着用户对运营支出中的这些因素越来越敏感，人们将更加关注自动化和生产力，以及消耗品的回收利用。在我们看来，较高的利率不太可能对打印机的采购产生重大影响，尽管可能更感兴趣的是升级而不是完全更换现场系统。就行业趋势而言，随着各国增加国防开支以补充库存或提高应对乌克兰战争的能力，我们可能会看到增材制造在国防工业中的应用越来越多。能源行业也可能会因为化石燃料的更快转换而受到破坏，这可能会在未来为更多的增材制造零件打开大门。总体而言，我们看到金属增材制造零件的批量生产持续强劲的积极趋势。”

这是一种现实主义，不同于3D打印制造将替代一切的看法。对生产、成本和自动化的关注似乎确实很有可能发生。国防和能源也很受看好，并且现在可以看到这些细分市场增长非常快。Mark的答案的所有前提都是基于现实、实际零件和实际成本采用增材制造，这是增材制造行业内正在解决问题而不是只提出问题的商人。

△可进行连续生产的Additive Industries Metal Fab G2

增材制造软件的作用

设置、材料、软件、机器和设计是 3D 打印部件的关键组成部分，如今的增材制造行业正在增加对软件的重视程度。NASA 的Gradl 是马歇尔太空飞行中心的总工程师，也是《推进应用的金属增材制造/Metal Additive Manufacturing for Propulsion Applications》一书的合著者，他表示：“我预计增材行业内会接连出现各种辅助方法以提高金属增材制造生产率，例如后处理自动化、原位和构建后几何和缺陷检测技术，以及全过程数据捕获和分析以创建数字孪生。至关重要的是，必须充分了解整个增材制造生命周期，才能进入生产阶段并在每个阶段保持可追溯性。辅助工具也必须随着增材制造构建过程本身而发展。我对金属增材制造工艺的成熟感到非常兴奋，这些工艺没有受到太多关注，也没有被用于关键的最终用途应用。有了针对性软件的助力，以前无法打印和加工的新金属合金将实现更高的组件性能，并提高增材制造必须提供的经济效益。”

软件显然将在 3D 打印的产业化中发挥至关重要的作用。The Barnes Global Advisors的首席顾问John Barnes将增材制造设计(DfAM)视为流程的关键：“我希望软件和数字工作流程能够跟上打印机的生产力，或者继续简化操作员和工程师操作的趋势。毫无疑问，更广泛地理解 DfAM 首先作为制造设计的一章对于批量生产是必要的。这些要求不会变得更容易，增材制造需要满足这些要求。我经常说，增材制造就像 Ginger Rogers。它必须像弗雷德阿斯泰尔那样做传统制造业所做的一切，但要倒退和紧跟其后。这意味着，它必须达到和/或超过现有制造解决方案的能力。“

相比之下，Velo3D的 CEOBenny Buller 却持相反的看法：“Velo3D 将在2023 年退出软件设计领域，专注于成为最大的金属增材制造设备供应商。DfAM 正在我们眼前迅速消亡。“Benny 认为他的公司最大的机会在于消除对 DfAM 的需求，而对于 John Barnes 来说，工作流程已经完成任务并且需要 DfAM。无论您怎么看，软件越来越成为批量生产最重要的推动因素。

△Velo3D的领先金属3D打印解决方案—蓝宝石XC1MZ

专注于硬件

Autodesk的增材制造总监AlexanderOster认为 Fusion360 和其他软件也是开启增材制造工业化的关键推动因素。但是，他看到软件已经到了我们可以将注意力转移回机器的地步，特别是在成本方面。他说：“我认为，金属增材制造领域目前正在分裂为高端机器和大众市场机器，前者的规模和资本成本都在增长（主要由航空航天应用驱动），后者的资本支出和相关风险较低，将推动低端应用在特定质量下需要低零件单位成本。

我们看到配备 8 到 12 个激光器的机器带来了巨大的生产力提升，这正在推动大型组件生产和大量行业增长，Velo3D、Vulcan Forms 和 Seurat 都是其中的杰出代表。但是，该行业也发生了其他事情，那就是越来越多的公司正在影响低端金属 3D 打印。一些成本较低的参与者也开始进入行业，它们提供的商品部件或质量水平将充斥整个行业。因此，New Space 的人将拥有大型机器，但更多的普通用户将能够获得更高性价比的打印系统。粉末床融合的商品化将是增材制造的巨大发展。

另一个以成本为中心的回应来自DB Schenker的 Jochen Loock。这位前 Fraunhofer 增材制造专家现在正在寻求帮助将一家大型物流公司转变为一个用于维护、修理和大修 (MRO) 以及备件的 3D 打印强国。对于这些类型的销量，Jochen 是通过成本的角度来看待市场的：“未来几年成熟的关键推动因素正在缓慢但不断地进行：由于规模经济、教育传播和最佳实践传播以及标准化基础正在建立，成本下降。批量生产将在铁路、航空航天和医疗等利基和高价值市场进一步成熟和传播。高端汽车批量生产和备件可能成为未来几年的增长动力。增材制造领域最重要的功课是摆脱技术叙事，找到备件供应链问题的有利可图的解决方案。如果有任何创新突破即将发生，那将是通过改进工艺和材料相互作用，将 L-PBF 的工艺速度提高至少两倍。”Jochen是严格依据实际成本和性能来评估这个行业。

除了大型机器和更好的设备，“过程和材料”的相互作用确实可以带来显着的收益，并导致使用相同设备的经济性更好。这将真正提高利润率，降低组件成本，并成为影响我们行业的最重要的事情之一。

金属后处理

另一件反复提到的一件事是后处理。Solukon首席执行官Andreas Hartmann表示：“对于金属生产，我们预计会出现更加注重后处理的趋势，因为这是影响您是否真正进行批量生产的关键步骤。你可以随心所欲地将一个生产过程优化成系列化生产，但如果后续的后处理达不到同样的高标准，就不会有真正的系列化生产。源自基于数字孪生的流动模拟，我们的软件模式除粉系统可确保可靠、可重复和可预测的清洁结果。第二个趋势是航天工业的批量生产。正如媒体所写，一些火箭公司成功地进行了热点火测试，我们距离发射带有完全增材制造的燃烧室的火箭进入太空只有几个月的时间。这将是增材制造系列燃烧室和其他重要运载火箭元件生产的启动。此外，大规模批量生产将使增材制造的生态足迹问题更加紧迫。增材制造中的节能潜力、粉末回收和碳足迹问题不仅将是一个形象问题，而且还将成为增材制造公司在经济上重要的话题。“

△Solukon de 打印腔室里的1 米零件。

金属增材制造会改变聚合物的进程吗？

Prototek在增材制造方面有着丰富的整合经验，该公司此前收购了Steve Grundahl领导的聚合物打印公司Midwest Prototyping。对于金属 3D 打印的快速发展是否会吸引他从“聚合物专家”转变为“金属和聚合物”专家，Steve表示：“作为专注于聚合物打印服务的公司，我们还没有找到一个令人信服的理由来转移我们在聚合物方面的优势资源来冒险。不过，目前粘合剂喷射领域的竞争以及预测软件和后处理技术的改进让我们添加金属服务的希望很快就会成为现实。”

△打印头沉积粘合剂。图片来源：ExOne

聚合物和金属 3D 打印服务和制造公司曾经是完全不同的世界，只有少数公司在大规模制造中将它们结合起来。但是，从史蒂夫这里可以清楚地看出，Prototek 和 Midwest Prototyping 正在密切关注金属以及这个市场正在发生的事情。他们将粘合剂喷射视为使金属易于使用的技术。但是，他也再次提到了软件是一个关键的推动因素。史蒂夫的考虑确实意味着，也许大量新的资金和产能将在短期内涌入金属行业。

△图片来源：Digital Metal

总之，我们看到了 3D 打印行业的软件化。通过 DfAM、算法和工作自动化工具，该行业将在连续零件的金属增材制造方面取得重大飞跃。此外，还需要关注增材工作流程中所有移动位的集成方法。设置、后处理机器和更好的吞吐量都应该集中在成本上，同时保持质量。我们正在进行实际零件和实际成本计算，如果我们能够满足每个零件的成本，这将推动优化和采用。

真正满足实际生产需要的想法是我们在这里看到的最大趋势。人们看好汽车、国防、能源、铁路和航空航天，而新空间似乎是目前推动行业发展的最大客户力量。New Space、航空航天和国防购买的大型机器似乎正在驱动更复杂、更大的票务设备和终端用途部件。对于其他人来说，新一波的低成本机器可能是他们获得更实惠系列零件的途径。