在《調(diào)查研究：金屬增材制造技術(shù)的曲折認(rèn)知增長(zhǎng)之路》中我們提到，金屬增材制造技術(shù)正在經(jīng)歷漫長(zhǎng)的滲透過(guò)程。而基于該技術(shù)的市場(chǎng)則囊括了幾十家具有同質(zhì)產(chǎn)品的企業(yè)，在相對(duì)較小的當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展階段，未來(lái)將會(huì)朝著什么方向發(fā)展？戰(zhàn)略咨詢和增材制造市場(chǎng)分析專家AMPOWER深入研究了該行業(yè)的現(xiàn)狀，并預(yù)測(cè)了未來(lái)前景，結(jié)合該技術(shù)正在各行各業(yè)發(fā)揮的作用差異，試圖揭示其真實(shí)的發(fā)展?jié)摿?。本文為調(diào)查報(bào)告的下篇，主要介紹金屬增材制造技術(shù)在當(dāng)前各領(lǐng)域的應(yīng)用差異以及

在各行業(yè)發(fā)揮的作用有差異

對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是要依賴增材制造技術(shù)創(chuàng)造價(jià)值，最終帶來(lái)更低的制造成本或更高的利潤(rùn)率。然而，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的距離因行業(yè)而異。醫(yī)療保健行業(yè)走在了最前沿，將金屬增材制造作為一種成熟的生產(chǎn)替代方案，并在十多年的時(shí)間里成功將骨植入物和牙齒修復(fù)體等產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

其他行業(yè)，如航空航天、國(guó)防和能源，目前正對(duì)越來(lái)越大的機(jī)器、新材料和成熟的軟件工具所帶來(lái)的可能性充滿熱情。這些行業(yè)發(fā)展迅速，發(fā)展周期突飛猛進(jìn)。雖然民航業(yè)目前停滯不前，但隨著新一代飛機(jī)項(xiàng)目的啟動(dòng)，預(yù)計(jì)增材制造技術(shù)的采用將得到提振。在過(guò)去的十年中，廣泛的研究和開(kāi)發(fā)工作以及工程人員經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)，為重新設(shè)計(jì)組件并實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)；除此之外，生產(chǎn)和質(zhì)量保證方法也在迅速發(fā)展。

在汽車(chē)領(lǐng)域，金屬增材制造多年來(lái)一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的話題。雖然賽車(chē)運(yùn)動(dòng)和高性能汽車(chē)取得了相當(dāng)大的成功，但大量中低端車(chē)型缺乏金屬增材制造應(yīng)用。一些汽車(chē)制造商甚至縮減了投入，對(duì)燒結(jié)技術(shù)的高期望尚未得到證實(shí)，最典型的例子就是福特公司曾與Exone合作開(kāi)發(fā)鋁合金，但多年過(guò)去未有商業(yè)案例公開(kāi)。然而，盡管面臨巨大的成本壓力，原始設(shè)備制造商以及一些一級(jí)和二級(jí)供應(yīng)商仍在努力使金屬增材制造具有競(jìng)爭(zhēng)力，其目的是引入符合汽車(chē)工業(yè)要求的新材料和優(yōu)化策略。

垂直工業(yè)領(lǐng)域的參與者在利用金屬增材制造生產(chǎn)工具或一般工程部件方面具有巨大的潛力。然而，這個(gè)行業(yè)的許多人仍然沒(méi)有完全意識(shí)到在他們的生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)或多或少使用這項(xiàng)技術(shù)。重工業(yè)、造船和鐵路等領(lǐng)域的采用情況各不相同，許多領(lǐng)域最近才開(kāi)始探索增材制造，其中一個(gè)障礙是所需零件的大尺寸和必要的高材料沉積率。

從投資者的角度來(lái)看，備受追捧的目的是在正確的時(shí)間實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。目前，金屬增材制造市場(chǎng)被認(rèn)為是一個(gè)極具潛力的市場(chǎng)，它在過(guò)去的年增長(zhǎng)率為20%，根據(jù)目前的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年仍將以相當(dāng)高的水平持續(xù)增長(zhǎng)。

技術(shù)應(yīng)用能發(fā)展到什么程度

金屬增材制造技術(shù)能發(fā)展到什么程度，可以通過(guò)檢查總目標(biāo)市場(chǎng)和通過(guò)增材制造技術(shù)的潛在覆蓋范圍來(lái)確定。

金屬增材制造技術(shù)不可避免的會(huì)與其他生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。它帶來(lái)了諸多的制造便利從而提高了產(chǎn)品的附加值，如功能集成、性能提高和制造工具的消除，最終轉(zhuǎn)化為一個(gè)能夠進(jìn)行比較的指標(biāo)：每單位質(zhì)量的成本。這允許與其他技術(shù)進(jìn)行比較，并能夠在設(shè)計(jì)階段就制造方法做出客觀的選擇。通過(guò)繪制生產(chǎn)成本與材料消耗關(guān)系圖，可以根據(jù)單位成本來(lái)估計(jì)潛在使用市場(chǎng)。此外，可以通過(guò)將該估計(jì)值與3D打印材料的當(dāng)前原料消耗量進(jìn)行比較來(lái)評(píng)估采用率。

例如，在鋁合金3D打印應(yīng)用中，組件的生產(chǎn)成本約為每公斤250-300歐元。根據(jù)AMPOWER報(bào)告的數(shù)據(jù)，目前每年以粉末、棒材或其他形式消耗約600噸原料，這意味著目前約300萬(wàn)噸的潛在使用市場(chǎng)的采用率僅為0.02%。

未來(lái)，技術(shù)進(jìn)步將提高生產(chǎn)力，同時(shí)降低成本。這將擴(kuò)大潛在的目標(biāo)市場(chǎng)，到2030可以預(yù)計(jì)鋁合金3D打印的成本將降至每公斤100-200歐元之間。現(xiàn)階段，3D打印技術(shù)將進(jìn)入更廣泛的競(jìng)爭(zhēng)，包括機(jī)械加工、熔模鑄造，以及在某種程度上的砂型鑄造。因此，預(yù)計(jì)到2030年，金屬增材制造和鋁材料的目標(biāo)市場(chǎng)將翻一番，達(dá)到600萬(wàn)噸。?

金屬增材制造鋁合金的潛在市場(chǎng)評(píng)估:現(xiàn)在和未來(lái)(2030年)情景(由AMPOWER提供)

將未來(lái)潛在應(yīng)用市場(chǎng)的規(guī)模與AMPOWER報(bào)告中的原料消耗預(yù)測(cè)進(jìn)行比較，到2030年，許多材料的采用率將顯著增長(zhǎng)。一方面，預(yù)計(jì)原料消耗量每年將增加20%-40%，具體取決于合金種類。另一方面，由于上述技術(shù)進(jìn)步，潛在應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將翻一番。通過(guò)結(jié)合這些預(yù)測(cè)，到2030年，鈦、鎳和鈷鉻合金40%-60%的潛在市場(chǎng)將使用3D打印生產(chǎn)，3D打印從而獲得了更大程度的發(fā)展。?

按合金類別劃分的潛在市場(chǎng)的金屬增材制造采用率和未來(lái)潛力(AMPOWER提供)

這些合金采用率的大幅增長(zhǎng)并非巧合。它們已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)找到了許多應(yīng)用，這些應(yīng)用的成功將導(dǎo)致更快的采用。醫(yī)療、航空航天和能源等行業(yè)多年來(lái)一直在廣泛探索3D打印技術(shù)，從這些合金提供的溫度穩(wěn)定性、韌性或生物相容性中受益匪淺。然而，預(yù)計(jì)到2030年，其他金屬合金的采用率將更低。鋼合金預(yù)計(jì)將達(dá)到約10%至15%，而鋁的相對(duì)采用率預(yù)計(jì)將提高八倍。盡管如此，即使有了這一增長(zhǎng)，也只能解決一小部分潛在市場(chǎng)應(yīng)用。

釋放巨大潛力的兩個(gè)條件

金屬增材制造技術(shù)要釋放巨大潛力，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，必須滿足兩個(gè)條件。

1. 可靠的技術(shù)成熟度水平

技術(shù)必須達(dá)到可靠的成熟水平，創(chuàng)新的增量飛躍變得越來(lái)越小。對(duì)于粉末床激光熔融技術(shù)，我們正在逐漸接近這個(gè)成熟水平?？梢杂^察到，當(dāng)前可用的LPBF機(jī)器之間的差異很小，在過(guò)去的五年里，有一些小的創(chuàng)新步驟，如從兩個(gè)激光束到四個(gè)甚至更多激光束的轉(zhuǎn)變。然而，保持這種創(chuàng)新是持續(xù)的挑戰(zhàn)。創(chuàng)新型公司一直在擴(kuò)大機(jī)器的打印能力，在短時(shí)間內(nèi)將構(gòu)建量增加了一倍，激光器數(shù)量增加了兩倍。

可靠的技術(shù)成熟度水平非常重要，當(dāng)使用增材制造作為生產(chǎn)技術(shù)時(shí)，公司需要一定程度的可預(yù)測(cè)性。而一項(xiàng)技術(shù)一旦合格，就不應(yīng)該在一年內(nèi)過(guò)時(shí)。此外，在未來(lái)幾年，相同的機(jī)器必須可用于擴(kuò)展和更換。

2. 需要足夠多的成功應(yīng)用來(lái)證明成功

第一個(gè)成功應(yīng)用必須產(chǎn)生足夠的數(shù)據(jù)，從而在客戶中樹(shù)立信心，并產(chǎn)生收入。MTU航空、通用電氣、西門(mén)子能源、LIMA和史崔克等公司在最初的系列應(yīng)用方面做了開(kāi)創(chuàng)性的工作，并承擔(dān)了重大風(fēng)險(xiǎn)。這些公司及其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手需要幾年時(shí)間才能在新項(xiàng)目中完全實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生真正的規(guī)模效應(yīng)。

然而，在某些行業(yè)，隨著越來(lái)越多的應(yīng)用轉(zhuǎn)向3D打印生產(chǎn)，一些風(fēng)險(xiǎn)正在顯現(xiàn)。牙科、醫(yī)療、航空航天、國(guó)防和能源部門(mén)尤其將增材制造作為新的“首選”生產(chǎn)技術(shù)。

考慮到成熟度指數(shù)和采用率，用于CoCr、Ni和Ti等高價(jià)值合金的PBF技術(shù)將在未來(lái)五到七年內(nèi)“全面發(fā)展”。如能達(dá)到鋼和鋁合金鑄造和機(jī)加工那樣同步發(fā)展，3D打印還需要進(jìn)一步的創(chuàng)新飛躍，以大幅降低成本并提高生產(chǎn)力。在現(xiàn)階段，區(qū)域金屬打印讓這一飛躍看到了希望，但仍需要長(zhǎng)期采用和資格認(rèn)證過(guò)程來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)其更進(jìn)一步的發(fā)展。

其他金屬增材制造技術(shù)也是如此，但一些技術(shù)在不久的可能會(huì)過(guò)時(shí)，也可能會(huì)成就更有潛力的市場(chǎng)。當(dāng)前被關(guān)注較多的粘結(jié)劑噴射和電弧增材制造，仍需經(jīng)歷PBF在過(guò)去十五年中經(jīng)歷的漫長(zhǎng)教育、采用和資格認(rèn)證過(guò)程。第一批應(yīng)用目前正在進(jìn)入市場(chǎng)，但發(fā)展至成熟至少還要十年。

總之，盡管仍有挑戰(zhàn)需要克服，但迄今為止取得的進(jìn)展和對(duì)增材制造技術(shù)日益增長(zhǎng)的信心表明，我們正在朝著目標(biāo)穩(wěn)步前進(jìn)。隨著不斷的進(jìn)步，各個(gè)行業(yè)的采用率不斷提高，以及通過(guò)成功的應(yīng)用獲得的信任，可以期待3D打印技術(shù)將在未來(lái)發(fā)揮更為重要的作用。

注：本文內(nèi)容由3D打印技術(shù)參考整理編輯，轉(zhuǎn)載請(qǐng)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)載須知。