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导读：对增材制造的未来做出预测并不过分困难，毫无疑问这是一个将不断发展壮大和上升的行业。准确地了解增材制造行业的哪些部分将会增长以及 2023 年增材制造的主要趋势对于相关公司的发展至关重要。
在本期文章中，南极熊总结了多位领先行业参与者对于增材制造未来发展的看法，强调了我们在来年应该期待的一些主要趋势。为了添加新元素，还将他们的预测与 ChatGPT AI 聊天机器人的预测进行了比较。
HP 聚合物 3D 打印全球负责人 François Minec 表示，面对 2022 年的许多全球挑战，3D 打印已证明自己是一种可靠、稳定且令人兴奋的制造方法。在过去几年中，3D 打印行业出现了一些可以确定的主要发展趋势，包括对可持续性、供应链弹性和自动化的更多关注。据FathomDigital Manufacturing的首席执行官 Ryan Martin 称，商业旅行将恢复到疫情大流行前的水平，而Materialise 的首席执行官 Wilfried Vancraen 强调，降低价格以及提高自动化和安全性将是打破增材制造技术作为工业制造应用障碍的关键。
个性化、降低成本和提高自动化程度
Minec 先生强调增材制造将在消费者细分领域发挥越来越多作用，尤其是在个人定制方面。在眼镜、运动服和鞋类（甚至纺织品）等领域，增材制造在实际大规模生产中的应用增长是许多增材制造公司押注的趋势，尤其是一些硬件制造商。他表示：“到 2023 年，由于当今竞争激烈的市场对个性化商品的需求增加，这项技术将在关键行业取得进展，提供令人兴奋的、超个性化的产品和体验将成为竞争的基准，3D 打印将以新的制造模式为更多的人创造机会。”
在消费品中采用增材制造与提高工作流程自动化同时降低 3D 打印总成本的能力有着千丝万缕的联系。3D 打印的故事是关于附加值的故事。3D 打印可实现设计优化，从而提供传统制造方法无法实现的性能、重量减轻、时间和供应链优势。
Materialise 的Wilfried Vancraen 强调说：“有几个因素决定了3D 打印零件的成本，包括所需的材料、每个零件的生产时间和打印机的类型。一种方法是通过提高工作效率来提高生产能力。软件通过优化构建成为可能，在这方面发挥了重要作用。我们还可以调整打印过程，使其更加高效和可重复。随着越来越多的公司转向这项技术进行大规模生产，3D 打印继续改变工厂车间。但为了加速这种采用，我们的行业将不得不付出额外的努力，以在2023 年降低 3D 打印的成本。”
3D打印是一种数字化制造技术，但仍需要大量的人工干预，而这些熟练工人越来越难找。Materialise 最近引用的一项调查表明，对于已经在使用或考虑使用 3D 打印的公司来说，招聘具有必要专业知识的员工队伍是最大的挑战。
△惠普公司聚合物3D打印业务全球负责人François Minec
Vancraen 补充说：“借助3D打印，计划将3D打印部件的生产规模扩大到数千或数百万个的制造商需要优化和微调他们独特的打印流程，以使其在多个生产地点高效、可靠和可重复。智能生产流程可确保所有 3D 打印组件具有相同的质量，无论它们是在何处生产的。创建这样一个过程既复杂又耗时，但它能让公司在竞争中领先一步。除了数据安全之外，数据完整性将成为采用数字制造的公司的首要考虑因素。”
尽管面临许多挑战，Minec 认为大规模个性化定制的好处和增材制造交付大规模定制商品的独特能力将成为增材制造应用的驱动力。Minec 说：“事实证明，使用更传统的制造方法很难实现大规模个性化，但使用 3D 打印，它灵活、经济高效且速度快。从鞋类到矫形器再到运动装备，如登山鞋、高尔夫球杆或滑雪护目镜。无论哪个特定行业，接受大规模个性化需求的企业都能够在整个客户旅程中推动创造力和创新，让客户感到惊讶和想要更多。“
△Materialise的创始人兼首席执行官 Wilfried Vancraen
与此同时，将工业 3D 打印生产规模扩大到数千或数百万需要可重复且一致的打印过程。这两个挑战增加了对自动化的需求。
近年来，软件实现了 3D 打印过程各个阶段的自动化：从准备和修复文件到生成支撑结构、优化对象堆叠到构建中，甚至是后处理。但这些都是单独的过程。
在 3D 打印中，这些不同的过程相互依存，共同创建一个完整的数字制造过程。大规模工业 3D 打印的前景要求我们使每个过程以及它们之间的流程自动化。Materialise 将这个概念称为工作流自动化。
由于创建了允许制造商定义自己独特的 3D 打印过程的软件平台，满足这种需求的能力正在增长。现在有几家公司向客户提供这些解决方案，使他们不仅可以实现单个 3D 打印流程的自动化，还可以实现整个 3D 打印工作流程的自动化，从订单接收到交付以及其间的一切。
金属增材制造在整个工业应用领域的增长
虽然消费品肯定是大多数聚合物 3D 打印的重点关注领域，但航空航天、汽车和医疗设备等领域则是金属 3D 打印应用的战场。事实上，当被问及它认为与 2023 年最相关的关键 3D 打印趋势是什么时，ChatGPT 机器人提到的第一个趋势是金属 3D 打印技术的进步。
ChatGPT说：“近年来受到广泛关注的一个趋势是金属 3D 打印的使用越来越多。金属 3D 打印涉及使用 3D 打印机从金属粉末或金属油墨中制造物体。这项技术有可能通过允许以最少的浪费和低成本生产复杂的金属零件来彻底改变制造业。”
ChatGPT机器人继续对增材制造的关键采用部分进行了全面但准确的概述：“除了技术发展，还有一种趋势是在各种行业中越来越多地采用 3D 打印。航空航天、汽车和医疗保健行业的公司一直在探索使用 3D 打印来生产轻型零件、定制假肢甚至整架飞机。在个性化产品的生产中也出现了使用 3D 打印的趋势，例如定制珠宝和服装。”
△SeuratTechnologies 首席执行官 James De Muth。
Fathom 首席执行官 RyanMartin十分了解这意味着什么，他指出：“新一代电动汽车的发展正在推动数字制造在汽车领域的应用。特斯拉仍然是领导者，但福特、通用汽车和其他早期电动汽车制造商，如 Rivian 和 Lucid，都在大举进军这个仍处于早期阶段的市场。几乎每家汽车公司现在都制定了电动汽车战略，并希望加快生产速度并将其产品推向市场，以满足不断增长的需求。希望采用工业 4.0 数字制造流程来推动更先进、更有效、更高效的制造流程。”
Ryan Martin 也看好航空航天领域，他说：“随着许多主要航空公司在过去几年推迟机队更新，你将看到对新波音和空客飞机的需求继续增加。大量的3D 打印部件不仅用于喷气发动机，而且用于飞机的内部。航空航天公司是早期采用者，并将继续非常依赖增材制造，以支持不断增长的需求和创新，这是他们支持客户所必需的。”
为了实现这一点，Vancraen 先生说：“必须使用工具来提高质量，同时降低增材制造零件的成本。质量是有代价的，例如，在医疗或航空行业的认证制造中，我们发现高达 70% 的生产成本用于质量控制。”
△FathomDigital Manufacturing 的首席执行官 Ryan Martin
Fathom 和Materialise 则看到了增材制造在医疗行业中应用的巨大潜力：“潜力是真实存在的。即使在高度监管和认证的医疗行业，医院也越来越多地转向 3D 打印，以在更接近患者的护理点生产医疗模型和个性化植入物：相当于分散式工业生产模式的医疗。就像在消费品行业一样，需要工作流程自动化来解决定制 3D 打印解决方案的急剧增加。”
增材制造的可持续性发展
包括 ChatGPT 在内的所有受访者都同意的另一个趋势是，或者说不应再将其视为一种趋势，而是一种必要性，即对可持续性的重视。惠普调查发现，消费者在整个大流行期间改变了他们的购买行为，以更加关注气候，现在公司有责任这样做。这超越了目标设定和道德约束，而是真正投入工作并取得成果。增材制造被视为这方面的一项开创性技术，因为它比传统制造方法更具可持续性，并促进减少废物、碳排放、回收和再利用等，例如包装行业。
Minec 说：“我们预计，在未来的一年里，随着可持续性和气候行动的重要性以及公众对这些问题的意识的提高，更多的企业将尝试实施由 3D 打印技术和循环经济提供支持的更可持续的实践和解决方案它使。2023 年将掀起 3D 打印应用的风潮，我们预计该行业将继续增长，因为公司摆脱了传统供应链的束缚，并通过突破性应用颠覆了行业。”
修拉首席执行官 James DeMuth曾在 NIF 设施工作，该设施最近宣布通过核聚变在能源生产方面取得重大突破（这是应对可持续能源挑战的唯一可能的长期解决方案），他认为制造业可以而且应该成为碳中和战略的一部分。他说：“随着美国寻求建立自己的弹性供应链，这是一个难得的双赢机会：同时获得经济和环境收益。制造业改善环境的机会很大；美国环保署在 2018 年报告说，工业占美国所有温室气体排放量的 22%。随着可再生能源的成本竞争力不断增强，利用清洁能源的制造工艺（如依靠电力运行的增材制造）将蓬勃发展。
DeMuth 继续说道：“除了减少我们对环境的影响外，绿色制造还为企业提供了竞争优势。随着 ESG 气候披露报告标准于 2023 年生效，制造商将需要密切评估他们的材料、供应商和流程，并在生产的每一步都转向更可持续的选择。6K 和 IperionX 是通过扩大美国的新型生产工艺进行创新的优秀案例。”
△工业可持续性的图像，由另一个人工智能 DALL-E 创建（根据说明）
DeMuth 总结道：“全球各行业节能减排的愿望很强烈，但缺乏实施。最近的一项全球调查发现，85% 的组织关注减少温室气体排放，但只有 11% 的组织在过去五年中根据其雄心壮志减少了排放。转向更清洁的制造方法，包括从铸造过渡到由可再生能源驱动的增材制造，是大幅减少排放的明确途径，”
ChatGPT 通过关注在增材制造中越来越多地使用可持续材料以及过程来总结这些观点：“近年来出现的另一个趋势是在 3D 打印中越来越多地使用可持续材料。人们一直在推动开发用于 3D 打印的可生物降解和回收材料，并减少 3D 打印过程本身对环境的影响。”
不可预测的供应链
本文最后一个提到的主题趋势是供应链的不可预测性带来的持续挑战，推动了对循环和分布式制造的持续需求。DeMuth 认为：“由于供应链中断预计将持续到 2023 年（及以后），在这些中断发生之前和发生时克服这些中断的能力将是一个至关重要的竞争优势。靠近客户的制造本地化将降低经济和环境成本。目前，将一个 40 英尺集装箱从亚洲运往美国西海岸的成本是疫情大流行前水平的5倍。不可预测的政策制定和通货膨胀压力对那些战略性地将关键部件的制造地点设在美国境内并靠近装配厂的公司的影响较小。“
DeMuth继续说道：“创造允许高精度、具有成本竞争力、可扩展的替代品在本地制造的技术也消除了离岸制造的动力。本地化制造将为业务产品提供弹性的空间，而避免冗余的库存。”
这种分布式制造方法不仅仅是美国的趋势。一家欧洲公司 Materialise 也认为，为了解决供应链中断问题，制造业变得更加分散很重要。现在它可以发生了。Vancraen 说：“传统上，制造业总是集中在一个地方，通常是海外的工厂，在过去几年中，电力危机使工厂瘫痪并中断了供应链。地缘政治紧张局势随着环境问题的增加而加剧。这一切都让制造企业重新思考这种集中生产模式。“
Vancraen 继续说道：“借助 3D 打印等智能数字技术，制造商可以转向通过离客户更近的多个小型生产基地运营。然而，许多分布式制造最近的成功案例都来自于面对短期需求时的快速思考，比如在电力危机期间转向现有的本地 3D 打印生产线来生产紧急医疗用品。3D 打印被被动地使用，只是作为一个临时的替代品。“
△CNHIndustrial Zedelgem 工厂总监 Luigi Neirynck
Vancraen 总结道：“然而，这些解决方案确实引发了关于制造业未来的新对话。我们可以看到，许多公司已经准备好采用更具战略性的方法。他们需要仔细考虑哪些应用程序在供应链效率或环境可持续性方面提供最大价值。这需要改变思维方式：从短期解决方案转向使用 3DP 来可持续生产经过认证的最终用途部件。”
农机公司 CNH 就是一个很好的例子。CNHIndustrial Zedelgem 工厂总监 Luigi Neirynck 解释说，在疫情大流行期间，CNH 依靠 3D 打印来生产一个重要部件，但由于与 Covid 相关的运输限制，他们无法采购这些部件。现在，该公司正在更具战略性地审视3D 打印如何帮助更经济高效地管理其供应链。
最终，由 3D 打印支持的智能分布式制造如果有策略地实施，本身就可以成为一项成功的战略，而不是对全球供应链问题的临时反应。
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