在當前階段，傳統(tǒng)制造技術的界限被打破，3D打印給設計和生產帶來了前所未有的可能性。金屬增材制造改變了行業(yè)并重新定義了人們對制造業(yè)的思考方式。但問題是，金屬增材制造能否發(fā)揮這么大的作用，以及這項技術是否是才剛剛開始顯示其潛力。

金屬增材制造技術發(fā)展至今已經衍生出十幾種工藝類型，然而目前也只有少數工藝在特定、高度專業(yè)化的應用需求市場中獲得了使用，該技術正在經歷漫長的滲透過程。戰(zhàn)略咨詢和增材制造市場分析專家AMPOWER深入研究了該行業(yè)的現(xiàn)狀和未來前景，試圖揭示其真實的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

市場發(fā)展——曲折的認知增長之路

金屬增材制造的歷史可以追溯到幾十年前，但直到激光技術和數字化取得了巨大進步，這項技術才取得了重大進展。以最少的材料、經濟高效的制造高度復雜部件的前景促進了大量金屬增材制造工藝的開發(fā)。今天，已經有二十種不同的金屬3D打印工藝，占主導地位的激光粉末床熔融(LPBF)已經使用了近30年，現(xiàn)在已經被少數幾個行業(yè)采用作為生產技術。幾家歐洲公司在其發(fā)展中發(fā)揮了至關重要的作用，他們在21世紀初將第一批研究和生產機器用于工業(yè)和大學。今天，全球有80多家PBF設備供應商，占全球安裝的金屬增材制造設備的80%以上。

在2010年代，金屬增材制造市場經歷了快速增長，部分原因是技術進步、早期采用者的激烈資格認證工作以及媒體的大量關注。許多供應商的年營收增長率達到50%或以上，公司市值在2012年至2015年間達到峰值，此后許多公司都沒有超過這一水平。在這段炒作期過后，市場年增長率放緩至20%左右。雖然市場最初是由機器制造商的增長推動的，但今天金屬粉末供應商和增材制造組件生產商貢獻了很大一部分。

增材制造市場增長曲線

從用戶的角度來看，購買機器背后的動機已經發(fā)生了重大變化。在2000年代和2010年代初，由于擔心這項技術會取代機械加工等現(xiàn)有工藝，一些人投資了增材制造技術，他們不想錯過這場預期中的制造業(yè)革命。然而，由于缺乏對通過增材制造實現(xiàn)真正價值的理解，導致技術效率低下或未充分利用。即使在今天，許多安裝的金屬增材制造設備的利用率也很低。

2010年代圍繞金屬增材制造未實現(xiàn)的價值炒作可以歸因于低估了所需要付出的努力以及其他因素。公司向用戶承諾，這臺機器將具有數字化流程鏈，能夠實現(xiàn)簡單、無縫和零浪費的生產。人們聲稱或假設“一切”和“所有幾何形狀”都可以生產。然而，用戶很快意識到，在實施過程中有顯著的學習曲線需要克服，并且增材制造并不是在所有應用領域都是經濟可行的。

當增材制造技術試圖從研發(fā)過渡到生產時，進一步的障礙出現(xiàn)了。機器的可靠性經常帶來挑戰(zhàn)，這使失望情緒進一步增加。此外，航空航天和醫(yī)療保健等行業(yè)出現(xiàn)了監(jiān)管障礙，這些行業(yè)需要進行設備認證和工藝驗證。在這些高價值行業(yè)，產品故障會造成嚴重后果，需要事先進行廣泛的測試和保障。

由于技術經驗有限和行業(yè)不成熟，在程序和標準方面，設備商試圖應用僅部分適用的指導方針或標準。此外，來自利益相關者的意想不到的內部阻力浮出水面，因為他們不愿意承擔與采用新技術相關風險，更愿意堅持已經被證明有效的方法。

然而，延遲實施的主要原因是缺乏對增材制造技術的能力和局限性的廣泛了解。只有當增材制造技術被應用在正確的領域，它才能產生價值。許多公司由于缺乏信心和能力去進一步探索，最終沒能克服挑戰(zhàn)。

金屬增材制造技術發(fā)展現(xiàn)狀

金屬增材制造技術的快速擴張階段已經結束，但我們仍可以看到該行業(yè)的強勁增長。根據AMPOWER報告數據，設備、原料和零件制造服務產生的收入目前約為30億歐元，預計未來五年將穩(wěn)定增長約26%。盡管與其他生產技術相比，金屬增材制造的整體市場仍然較小，但其增長率高達傳統(tǒng)金屬制造工藝的十倍。

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2016-2022年金屬增材制造市場和2027年預測(10億歐元)(來源:AMPOWER)

為了評估增材制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀，主要考慮兩個指標：技術的成熟度及其在行業(yè)內的采用率。這些指標在不同的金屬增材制造技術之間差異很大。一些技術在某些生產鏈中已經變得至關重要，而另一些技術仍處于開發(fā)的早期階段，還有一些技術則初露鋒芒。

AMPOWER基于兩個指數開發(fā)了一個模型來表征增材制造技術的成熟度水平：工業(yè)化成熟度指數和技術成熟度指數。這些指數描述并比較了工業(yè)環(huán)境中各種增材制造技術的能力和采用率。

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AMPOWER成熟度指數:金屬增材制造2023和自2019年以來的發(fā)展(AMPOWER提供)

技術成熟度指數評估工藝能力、機器可靠性和可用性以及質量控制措施。工業(yè)化指數評估了機器的安裝基礎、供應鏈、材料可用性、可用的公共知識和研究，以及每項技術的標準化程度。每個類別都根據其具體重要性進行加權。通常，技術成熟度提高之后才會實現(xiàn)工業(yè)化。

近年來，許多金屬增材制造技術已經從研究轉向了最初的工業(yè)應用。然而，只有激光和電子束粉末床熔融技術在工業(yè)環(huán)境中被廣泛使用。根據估計，目前安裝的機器數量約為14000臺，每年新增1500多臺PBF打印機。隨著工業(yè)需求的增加，機器變得越來越多樣化。機器尺寸已經顯著發(fā)展，可以制造長度高達1.5米的零件，并能夠使用多個激光器。

許多行業(yè)現(xiàn)在已經認識到金屬增材制造的價值。通過結合3D打印、設計和材料，這些行業(yè)創(chuàng)造了獨特的組件，可以在生產或組件使用壽命內提高性能并節(jié)省成本。因此，一些行業(yè)開發(fā)了專門用于增材制造的產品，并將該技術無縫集成到其生產流程中。

市場發(fā)展前景——增加規(guī)模效應

金屬增材制造技術具有改變世界的潛力，許多公司也希望借此開發(fā)出革命性的技術和應用，但無論是供應商還是用戶，最終目標仍然很簡單：產生利潤。

對于許多供應商來說，增長一直是實現(xiàn)臨界質量和實現(xiàn)盈利運營的主要目標。時至今日，由于缺乏盈利能力，該行業(yè)的許多公司，無論是成立不久的還是老牌企業(yè)，都依賴于投資來為其運營提供資金。因此，預計金屬增材制造行業(yè)參與者之間的市場整合將增加，從而達到必要的規(guī)模。

金屬增材制造技術的應用最廣的工藝種類——LPBF技術市場出現(xiàn)位移的風險越來越大。目前，有超過70家技術供應商，他們的機器具有相似的特征，但從客戶的角度來看，往往沒有提供明確的差異化。此外，傳統(tǒng)的PBF技術很可能存在過時的風險，應當密切關注所有正在努力解決該技術傳統(tǒng)制造弊端的創(chuàng)新，如面燒結、無支撐打印，甚至基于更高吸收效率波段激光的面燒結。

金屬增材制造技術被廣泛關注的另一工藝類型——粘結劑噴射技術的市場整合在近年來發(fā)生了劇烈的變化。3D打印技術參考對此進行過系統(tǒng)的介紹，獨角獸Desktop Metal在收購了昔日的競爭對手Exone后，如今同樣面臨增長帶來的困境，與Stratasys的潛在合并談判就是意圖走出發(fā)展困境、提升市場規(guī)模效應的最好例證。

END

總的來說，本文回顧了金屬3D打印技術的發(fā)展的曲折歷程、當前的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展前景。得益于其他行業(yè)技術的發(fā)展，金屬3D打印得以制造高性能的組件，進而發(fā)揮制造技術的應有作用。該行業(yè)正在快速發(fā)展，但大規(guī)模的應用仍受到很多因素的影響。在金屬增材制造當前的市場發(fā)展情況下，各行各業(yè)的應用水平又達到了怎樣的程度，以及如何進一步釋放其潛力，限于篇幅，將在下篇文章進行介紹。

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