全球視野下的增材制造行業(yè)分析，挖掘行業(yè)發(fā)展新動(dòng)力

來源： TCT亞洲視角

著眼全球市場(chǎng)，釋放前瞻思維。TCT全新打造以洞悉3D打印行業(yè)趨勢(shì)、預(yù)測(cè)未來發(fā)展為著力點(diǎn)的AM國(guó)際觀察Global Perspectives于今年9月13日舉行。會(huì)議邀請(qǐng)了來自Wohlers Associates, powered by ASTM International的副顧問 Joseph Kowen先生，以及3D科學(xué)谷創(chuàng)始人王曉燕女士，就最新市場(chǎng)行情及市場(chǎng)機(jī)遇展開演講，為初創(chuàng)企業(yè)、潛在新用戶提供靈感。

以下內(nèi)容根據(jù)會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)速錄，由TCT編輯整理：

當(dāng)今增材制造市場(chǎng)的狀況、規(guī)模和概況如何？

增材制造的哪些獨(dú)特特征為增材制造的成功和發(fā)展提供了廣闊的前景？

擴(kuò)大增材制造市場(chǎng)并引領(lǐng)其進(jìn)入下一階段的發(fā)展需要克服什么？

Joseph Kowen先生：3D打印的歷史要比人們想象的更長(zhǎng)，1984年誕生了立體光刻技術(shù)，1989年研發(fā)了熔融沉積成形技術(shù)。它的名稱也從最開始的快速原型變成3D打印，到近些年我們熟知的增材制造，從名字的變遷便可窺見這項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)從“模具模型”轉(zhuǎn)移到了“制造技術(shù)”上。

△Wohlers Associates, powered by ASTM International的副顧問

Joseph Kowen先生

通過下圖的專利數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖表，可以直觀感受到增材技術(shù)是一直在不斷地發(fā)展的，這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展吸引了眾多創(chuàng)新者和企業(yè)家的加入。

2012年-2015年，行業(yè)專利數(shù)量、創(chuàng)新數(shù)量出現(xiàn)了比較大幅的增長(zhǎng)。（圖注：藍(lán)色代表專利的應(yīng)用，紅色代表專利授權(quán)）

在過去28年當(dāng)中，Wohlers Associates一直都在觀察和跟蹤增材制造市場(chǎng)的發(fā)展。其中，2022年整個(gè)增材制造市場(chǎng)的規(guī)模大概是180億美元，年增長(zhǎng)率大概是18.3%。從過去十年間來看，年復(fù)合增長(zhǎng)率大約為20%，增材制造市場(chǎng)的不斷發(fā)展是有目共睹的。預(yù)計(jì)到2028年，整個(gè)增材制造市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到500億美元。

單看這些數(shù)據(jù)確實(shí)很漂亮，但是放眼整個(gè)制造業(yè)市場(chǎng)（每年規(guī)模約為12萬億美元），增材制造180億美元的市場(chǎng)規(guī)模卻只是占了非常小的比例。

圖注：黃色代表產(chǎn)品，藍(lán)色代表服務(wù)

關(guān)于增材制造的優(yōu)勢(shì)，相信行業(yè)人已經(jīng)再熟悉不過了。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何圖形的設(shè)計(jì)，一體化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，高效的小批量生產(chǎn)與產(chǎn)品迭代，供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)，個(gè)性化定制等等。

通過增材制造技術(shù)，GE公司把零配件的個(gè)數(shù)從845下降到11個(gè)

德國(guó)的一家輪船公司通過3D打印快速生產(chǎn)備件，體現(xiàn)供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)

當(dāng)然，增材制造是不完美的。首先是零件的經(jīng)濟(jì)性問題，制造商可以造出完美、優(yōu)秀的零配件，但沒有辦法進(jìn)行低成本的大批量制造。

第二是零配件的性能問題，我們還不能保證產(chǎn)品在堆疊過程中不出現(xiàn)任何問題。

第三是行業(yè)缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，缺乏標(biāo)準(zhǔn)意味著行業(yè)對(duì)于在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域需要達(dá)到什么水準(zhǔn)是不夠有自信的，這也是行業(yè)成熟度的體現(xiàn)。最后是操作層面的問題，尤其是在我們處理粉末的時(shí)候，需要確保工人的職業(yè)健康安全，避免粉塵爆炸。

除了通用標(biāo)準(zhǔn)以外，還有各個(gè)行業(yè)的特殊標(biāo)準(zhǔn)與工藝

談到操作層面的挑戰(zhàn)（以金屬粉末的制造商為例），我們必須對(duì)金屬粉末進(jìn)行管控，以確保操作人員的安全；并且關(guān)注有效清理工件殘留粉末與粉末回收技術(shù)，這也是實(shí)現(xiàn)增材制造經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要舉措。同時(shí)，確保供應(yīng)零件的一致性也是相當(dāng)重要的。

Align是一家美國(guó)的牙齒矯正器制造公司，該公司的產(chǎn)量非常驚人，一天可以產(chǎn)出100多萬件。多年來，他們一直利用增材制造的工藝與系統(tǒng)，并于2023年9月收購(gòu)了聚合物3D打印機(jī)制造商Cubicure，這也側(cè)面反映了很多公司并不完全是依賴外部的系統(tǒng)制造商。對(duì)此，我想說明的是現(xiàn)在很多公司開始考慮如何盡可能縮短增材制造從文件到最終產(chǎn)品的路徑，盡可能多的讓產(chǎn)品和工藝都通過自動(dòng)化形式實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用可以說是增材制造領(lǐng)域未來發(fā)展的核心和關(guān)鍵，新一代的工程師、技術(shù)員也在不斷地挖掘新的應(yīng)用。隨著時(shí)間的推移，相信越來越多的行業(yè)將會(huì)開始了解增材制造的價(jià)值，并開始利用增材制造技術(shù)。

觀眾提問：我們是做激光器的廠家，我們想了解一下在增材制造對(duì)激光器的要求更多是什么？比如我們現(xiàn)在跟很多客戶合作，他們對(duì)一致性的要求可能會(huì)更高，對(duì)精度要求會(huì)更高，或者說對(duì)它未來的功率衰減整體的穩(wěn)定性會(huì)更高。我想了解一下這塊，以您專業(yè)的眼光來看，對(duì)激光器的判斷是怎樣的？謝謝。

Joseph Kowen：如果我理解得沒錯(cuò)的話，不管是激光，還是其他的與增材制造有關(guān)的領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)是最重要的，我們首先需要設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)。

觀眾提問：我想咨詢的問題是，增材制造在電子電路領(lǐng)域也是有所涉及的，對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和未來的前景是什么樣的看法？

Joseph Kowen：確實(shí)有些公司在電子領(lǐng)域應(yīng)用增材制造技術(shù)，如果是快速打印一個(gè)比較小的產(chǎn)品，是可以實(shí)現(xiàn)的，但是如果要做到電網(wǎng)線路這樣的規(guī)模，短期之內(nèi)是比較難實(shí)現(xiàn)的。

增材制造需要在技術(shù)上發(fā)生一個(gè)飛躍，否則潛力將要耗盡。

有些看不見的東西非常值得我們思考，比如軟件、大數(shù)據(jù)與人工智能

行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
王曉燕女士：我們從VCD時(shí)代到DVD時(shí)代，從大哥大時(shí)代到如今的智能手機(jī)時(shí)代，新技術(shù)的發(fā)展都呈現(xiàn)出一種“跳躍”發(fā)展規(guī)律，而非線性發(fā)展。再看增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，也是如此。

來源于3D科學(xué)谷

我們將增材制造的發(fā)展階段分為5個(gè)階梯：

第一階梯是功能化的增材制造過程；

第二階梯是可預(yù)測(cè)的增材制造過程；

第三階梯是自動(dòng)化的增材制造過程；

第四階梯是全自動(dòng)化的增材制造，包括前處理與后處理；

最高階梯是集成化的全自動(dòng)化不同制造工藝的組合。

目前我們還處于第一階梯發(fā)展階段，當(dāng)下進(jìn)入到增材制造領(lǐng)域的廠家企業(yè)都面向廣闊的機(jī)會(huì)，只要有能力解決通往金字塔尖的任何一個(gè)痛點(diǎn)，都有可能成為市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。

△3D科學(xué)谷創(chuàng)始人王曉燕女士

2022年，全球增材制造的市場(chǎng)價(jià)值是95億歐元，預(yù)計(jì)到2027年的復(fù)合增長(zhǎng)率是17.7%。這其中包括了金屬與塑料打印設(shè)備，以及材料和零件的制造服務(wù)。而工業(yè)金屬增材制造市場(chǎng)再2022年增長(zhǎng)了20%以上，縮小了與塑料3D打印的差距。展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)眾多的金屬3D打印展商就能帶給我們一個(gè)直觀的感受。

增材制造設(shè)備的供應(yīng)商在2022年的設(shè)備銷售價(jià)值為25億歐元，其中美國(guó)占全球市場(chǎng)份額的33%，中國(guó)占17%。預(yù)計(jì)到2027年，金屬市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)速度會(huì)是聚合物的兩倍以上，從而縮小和塑料3D打印市場(chǎng)份額的差距。

目前塑料的市場(chǎng)份額是金屬的兩倍，且由于塑料3D打印的應(yīng)用市場(chǎng)和性質(zhì)更加豐富，在應(yīng)用端、打印服務(wù)等領(lǐng)域的收入要大得多。除了當(dāng)前的醫(yī)療和消費(fèi)領(lǐng)域，塑料3D打印下一個(gè)發(fā)展的熱點(diǎn)是電器制造，并且國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了非常好的解決方案。

塑料3D打印預(yù)計(jì)從2022年的65億歐元，以每年12.9%的速度增長(zhǎng)，其中聚合物粉末床熔融3D打印設(shè)備占設(shè)備銷售收入的14%。到今年為止，聚合物的增材制造設(shè)備裝機(jī)量18.5萬臺(tái)，到2027年預(yù)計(jì)裝機(jī)量在36.5-46.4萬臺(tái)之間。

市場(chǎng)上基于顆粒的聚合物3D打印設(shè)備出現(xiàn)了更多的打印頭，例如來自荷蘭初創(chuàng)公司 CEAD 的設(shè)備，現(xiàn)在將尺寸推向長(zhǎng)達(dá)40米。

金屬3D打印的直接發(fā)展趨勢(shì)是超過600mm加工尺寸的大型設(shè)備需求上升。其中的驅(qū)動(dòng)因素是航空航天，企業(yè)購(gòu)買金屬3D打印單臺(tái)設(shè)備的均價(jià)在100萬歐元以上，采購(gòu)的設(shè)備一方面為了滿足大尺寸零件的加工，一方面為了滿足小批量零件量產(chǎn)制造的要求。

到今年為止，金屬設(shè)備的歷史裝機(jī)量是1.66萬臺(tái)，其中粉末床和定向能量沉積兩個(gè)主流技術(shù)，裝機(jī)量大概是1.4萬臺(tái)。到2027年，預(yù)計(jì)累計(jì)的金屬裝備裝機(jī)量是3.7-3.9萬臺(tái)之間。

2022年，全球的金屬3D打印設(shè)備的銷售額達(dá)到了10億歐元，航空應(yīng)用占1.68億，更多的金屬打印設(shè)備商會(huì)把研發(fā)中心放在更大、更高生產(chǎn)力、魯棒性更高的設(shè)備開發(fā)。

在塑料領(lǐng)域，粉末床熔融、光固化、熔融擠出這幾項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了不斷擴(kuò)張的應(yīng)用，下一步的應(yīng)用領(lǐng)域就是對(duì)這些技術(shù)自動(dòng)化水平的集成。

而金屬粉末床熔融3D打印是目前市場(chǎng)上最成熟的一個(gè)3D打印技術(shù)，全球范圍內(nèi)有超過80家金屬粉末床熔融3D打印設(shè)備商，占據(jù)80%的市場(chǎng)份額，中國(guó)在航空航天、國(guó)防領(lǐng)域的訂單爆增，隨之帶來的是對(duì)金屬粉末需求的爆增。

到2030年，預(yù)計(jì)金屬增材制造原材料的消耗量年增長(zhǎng)在20-40%。我們看到展館里的大展臺(tái)基本上都是設(shè)備商，可能再過兩三年，TCT亞洲展上就會(huì)有一些大展位面積的材料廠商了。

特別值得一提的是，其中鈦合金、鎳基合金、鈷鉻合金40-60%的應(yīng)用場(chǎng)景將通過3D打印實(shí)現(xiàn)，而不銹鋼通過3D打印來實(shí)現(xiàn)，大概也會(huì)增長(zhǎng)到10-15%。

智能化時(shí)代—3D打印進(jìn)入成熟發(fā)展期軟件賦能

有些看不見的東西非常值得我們思考。目前來看，平臺(tái)性的軟件驅(qū)動(dòng)增材制造其他類軟件的發(fā)展是一個(gè)很清晰的發(fā)展趨勢(shì)。
要實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)、質(zhì)量的可重復(fù)的增材制造發(fā)展階段，就需要過程控制軟件、仿真軟件、設(shè)計(jì)軟件，整體配合驅(qū)動(dòng)整個(gè)增材制造從一個(gè)傻瓜型變成更智能化發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

另外，增材制造的數(shù)字化特征已經(jīng)非常充分了，如果結(jié)合大數(shù)據(jù)和大模型訓(xùn)練，那將進(jìn)一步推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

我非常建議大家多關(guān)注做檢測(cè)類型方案的提供商，如果在檢測(cè)方面獲得突破，便可積累一批不錯(cuò)的數(shù)據(jù)，而這也將成為未來所有的制造過程中最大的金礦，當(dāng)然它一定是動(dòng)態(tài)的。

戰(zhàn)略思考出發(fā)點(diǎn)
結(jié)合國(guó)內(nèi)增材制造發(fā)展的特點(diǎn)，有三個(gè)戰(zhàn)略思考出發(fā)點(diǎn)分享給大家。首先是品牌戰(zhàn)略，這包括了企業(yè)文化與價(jià)值觀，以及技術(shù)護(hù)成河與品牌護(hù)城河；第二個(gè)是價(jià)值鏈戰(zhàn)略，選擇有核心競(jìng)爭(zhēng)力并創(chuàng)造附加值的環(huán)節(jié)；最后是投資戰(zhàn)略，通過國(guó)內(nèi)與海外投資與并購(gòu)，加強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)的能力，還可以思考怎樣打造企業(yè)級(jí)的產(chǎn)業(yè)投資孵化器，去更多的賦能他人。