2018 Gartner预测：3D打印和增材制造的5大趋势

数字化3D打印硬件平台、软件和材料以及相关技术不仅给精密零件制造带来突破，也将改变组织的业务模式。具体来看，航天工业、医疗行业、创业者们因为3D打印和增材制造获益不浅，同时也模糊了零售商和制造商之间的界线。实践告诉我们，3D打印使用不会危及组织的核心制造能力或现有产品线。

本文主要观点：

1. 到2021年，75%的新型商用和军用飞机将使用3D打印部件飞行；

2. 到2021年，25%的外科医生术前将在3D打印的解剖模型上练习；

3. 到2021年，20%的消费品公司将使用3D打印来制作定制产品；

4. 到2021年，20%的企业将成立内部创业公司，开发基于3D打印的新产品和服务；

5. 到2021年，40%的制造企业将建立3D打印中心。

3D打印和增材制造使用设备从数字模型创建物理对象，其输出可以是原型、工具、夹具或成品。3D打印和增材制造由7项制造技术组成，使用范围广泛，包括塑料、陶瓷、玻璃、金属等。目前，其重要趋势是将3D打印集成到高级的硬件、软件、材料制造平台，促使传统制造得到改造，扩展价值链，从而获得更高的伸缩性等先进制造的现代属性。

1、到2021年，75%的新型商用和军用飞机将使用3D打印部件飞行

30年前，航空航天行业是首批采用3D打印的行业之一。由于产品设计和开发时间过长，航空航天制造军品商拥有飞机模型和部件的早期测试平台。今天，蔓延到多个业界，多数正在建立基础设施，以支持其组织和供应链中的多个3D打印业务。虽然在所有行业中，原型机制造仍然是3D打印的主要用例，但航空航天显然已经积极地跨出了一步，即实战。轨道发射器领域已经成功地进行了70次3D打印的Aeon 1发动机的测试。Aeon 1使用氧气和甲烷作为推进剂，其材料也将是火星上最容易制造的材料。空客320的“仿生分区（bionic partition）”无法使用传统的制造和加工技术建造，使用3D打印，比目前的设计每年可以节省465000吨的二氧化碳排放量。波音公司已经在四个国家设立20个增材制造网站。超过50000个3D打印部件在商业和国防领域得到应用。GE航空涡轮螺旋桨发动机设计的855个常规制造部分，被划分为12个3D打印板块，产生10%马力，节省20%燃料，导致更短的开发周期和更低的开发成本（下图）。

3D打印的附加制造过程可以使其几何形状（甚至材料的同分异构体）成为可能，这在任何其他技术中都是不可想象的。其结果是3D打印的部分达到或超过了常规版本的性能要求，显著降低燃油消耗和二氧化碳排放。

从市场来看，75%的飞机（商业、军用和无人驾驶飞机（UAV））将用3D打印组件飞行的想法听起来很牵强，尤其是如果你只考虑复杂的发动机等等。事实是，有限的发动机、机身和其他3D打印部件将在未来几年内增加，将驱动整个航空工业使用3D打印的竞争压力，在相关供应链的驱使下，这种压力将进一步加剧，因为3D打印的使用将导致重复供应链——一个用于常规制造，一个用于增材制造，从而导致对备件的重复需求。由于服务机构(内部和供应商)需要在3D打印机中购买3D打印替换部件，情况将变得更加复杂。例如，军用飞机承包商会找到更多的军品商，就像今天美国军方的每一个分支一样，他们正在开发3D打印的替代设备，以取代昂贵的原始部件和无人机。

2、到2021年，25%的外科医生术前将在3D打印的解剖模型上练习

国际顶级医院结合医学影像软件和服务，不断提升3D打印硬件水平，培训外科医生及新员工3D打印水平。目前，近3%的大型医院和医疗研究机构在现场都有3D打印技术能力。手术和术前准备的三维模型已通过以下方式得到改进：一是设计，即改进用户体验设计；二是计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)和其他医学成像技术；三是得益于基于云的CAD和建模软件。

在美国，随着3D打印技术的进步和其他技术的进一步完善，3D打印将从医院教学和专科中心扩展到更广泛的医院系统。例如，波士顿儿童医院结合3D打印进行团队训练和术前计划，临床医生、工业工程师、设计师、模拟专家、插图师和病人护理团队都参与其中。在组织架构上，3D打印部门独立于个别部门，如外科或放射科，以防止所谓“草坪问题”的出现。

3D打印已经被用来制作真实的解剖模型和外科训练辅助工具。越来越多地，3D打印被作为单独使用辅助工具，具有个性化的元素(既包括病人，也包括外科医生对方法和工具的选择)。估计到2021年，这将是一个十亿到二十亿美元的市场；到目前为止，3D打印在术前计划阶段使用最频繁。国际上一些研究人员发表了关于使用3D打印植入物的研究数据和研究报告(例如，脊柱手术，78%的脊柱病例的结果改善，而并发症发生率和临床结果与其他一些手术相比没有变化)。在医疗领域，3D打印将从模糊的后台实验室更多地移动到最前线，作为术前准备和模拟方案的重要组成部分。长远来看，新技术，如增强现实、虚拟现实、混合现实技术将与3D打印技术协作融合，将提升动态解剖建模并产生和发挥特殊功能。

3、到2021年，20%的消费品公司将使用3D打印来制作定制产品

3D打印可能对消费品公司供应链产生重大影响。尤其是满足特定定制需求的类别中，减少库存，成本和生产可以更接近最终客户。这种向本地生产转移以供当地消费的做法将迫使商业公司重新考虑其商业模式。例如，消费者或完全不相关的第三方可以成为完整产品的最终生产者或产品一部分的提供者而参与实际的产品交付。例如美国一家名为raceware的公司使用3D打印制作所定制的自行车部件，而美国一家零售初创公司则在当地生产3D打印服装。阿迪达斯等体育用品生产商都是围绕鞋底、鞋垫的3D打印，甚至是个性化的鞋垫图案来提升高端品牌的。这些产品有更高的价格，而且是定制的，旨在提高运动员的个人表现。

总的来看，3D打印不太可能完全取代任何消费品市场的大规模生产。与传统制造技术相比，企业必须学会在何时何地进行成本效益权衡。这一评估延伸到供应链，并确定当地3D打印能力何时何地比库存大量备件更具成本效益。3D打印在消费品中的关键影响因素之一是潜在的大型产品责任诉讼，围绕着哪一方对导致财产损害或损害的产品失效负责。玩具、电器和性能运动设备等产品都必须经过安全测试。与传统的大规模生产不同，3D打印产品的失败可能是设计的错误、用于打印对象的材料、3D打印设备，而每一个部分都可以由不同的实体拥有或生产，法院必须决定谁是责任方，因而裁决是复杂的。3D打印产品将进一步模糊零售商和制造商之间的界限。

4、到2021年，20%的企业将成立内部创业公司，开发基于3D打印的新产品和服务

现在，商业以闪电般的速度发展，而技术的发展则更快。技术破坏一夜之间改变公司或整个行业。老牌企业不断面临来自全球一半地区的初创企业和新兴公司的竞争。即使是大公司也必须集成3D打印技术进入他们的研发、工程和制造集团，并建立一个内部推进3D打印和其他创新技术进入公司整体流程的业务部门。这些初创公司通常有独立于公司运营的自由，但具有利用企业设施的能力，如物理设施、财务、人事和采购，以降低成本。一旦成功，一家内部初创企业就会发展其研发和制造，工艺和产品进入主流制造业务，或主流业务。在过去的几年里，一些大型的企业工程组织，如空客、巴斯夫和通用电气，已经建立了工业规模的3D打印内部创业公司。这些公司能够加快将3D打印集成到他们自己的制造过程中，因为这些零件使用传统的制造方法，要么太困难，要么成本太高，它们还能够绕过大公司中已建立的管理链，它们往往扼杀、而不是鼓励创新和冒险。除了加速创新之外，这些内部初创企业还有助于在公司内部识别企业家，并吸引外部工程人才，特别是那些永远不会考虑在这么大的公司工作的人才。

内部初创企业并非没有问题。与大多数真正的初创公司不同，内部初创企业的员工有工资保障，当然高风险与高收益并存，单谈收益可能不如真正初创公司，也许创业公司的员工在真正的创业公司里几乎没有工作岗位。拥有内部初创企业的公司必须找到既能吸引员工又能成功回报员工的薪酬公式。

5、到2021年，40%的制造企业将建立3D打印中心

到2021年，40%的制造企业将建立3D打印中心（例如，波音、GE、Johnson、RollsRoyce和Siemens）。这些企业将3D打印相关工作流集成到关键业务流程中。3D打印中心以专注于改进设计创新、标准化等关键流程，重点关注质量和检查流程的改进。3D打印中心还可作为培训机构或供应链合作伙伴的经验交流中心。

中型企业制造商正开始效仿建立3D打印中心，但投资较小。这些公司倾向于将3D打印服务外包，因为所需的资本成本和专门的劳动力通常都太大，无法维持。

3D打印技术的主要增长动力在新兴市场，在巴西，南非和土耳其等几个在新兴市场上，3D打印发展神速。事实上，南非的研究更深入了一步，aeroswift 3D打印机打印速度是现有的粉床融合设备速度的10倍，建造面积是2000毫米x 600毫米x 600毫米，是世界上最大和最快的打印机。

高德纳曾经估计，3D打印将导致全球每年至少一千亿美元的知识产权损失，2017年全球制造业产出将达到十二万三千亿美元。根据沃勒斯合伙人的数据，2016年，全球制造业产出中只有不到0.05%是3D打印的，如果2018年这一比例上升到0.075%，3D打印将产生九十二亿美元的全球制造业产出，这九十二亿美元的3D打印产品总产量远低于2014年预计的一千亿美元。2017年，各种制造手段生产的所有假冒伪劣零部件和产品的价值范围很高，预计2017年为一万三千七百六十亿美元，这一估计不包括盗版软件、音乐和视频内容。假设价值九十二亿美元的3D打印产品中有11.2%是伪造的，那么3D印刷产品导致的知识产权盗窃估计为十亿三千万美元。即使这个估计值也很高，因为它包括了一些非3D打印的产品类别，如饮料、化学品和液态石油产品。因此，假冒3D印刷产品的价值不到十亿三千万美元，远低于一千亿美元的预测值。虽然高德纳的预测大为减少，但知识产权盗窃仍然是一个跨国问题，因此知识产权这一潜在的关键问题，会影响3D打印技术及使用设备的普及。

本文由上海市科学学研究所产业创新研究室副研究员孟海华根据Gartner相关报告翻译撰写。