隨著技術(shù)的進(jìn)步，3D打印行業(yè)經(jīng)歷了一段時(shí)間的緩慢發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)的穩(wěn)定增長。

德勤預(yù)測，大型上市公司(包括企業(yè)3D打印機(jī)、材料和服務(wù))與3D打印(也稱為增材制造)相關(guān)的銷售額將在2019年超過27億美元，2020年將超過30億美元。(對(duì)于前后背景，全球制造業(yè)的整體收入總計(jì)每年約12萬億美元。)這部分3D打印行業(yè)每年的增長率約為12.5%，是幾年前的兩倍多(圖1)。

而其它研究機(jī)構(gòu)對(duì)3D打印的預(yù)測更為明朗，IDC預(yù)計(jì)2019年起全球支出將超過140億美元，比2018增長23.2%，在預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到230億美元。

研究人員稱3D打印機(jī)和材料支出占全球市場總額的三分之二，在2022年達(dá)到78億美元和80億美元，2022年的服務(wù)支出將達(dá)到48億美元，服務(wù)市場由按需零部件服務(wù)和系統(tǒng)集成服務(wù)主導(dǎo)。與此同時(shí)，3D打印相關(guān)軟件的銷售額將比整個(gè)市場增長緩慢，五年增長率為16.7%。

從地域來看，2019年美國的支出總額最大，高達(dá)54億美元，其次是西歐40億美元。這兩個(gè)區(qū)域?qū)⒐餐峁┙种?D打印支出。中國將是第三大的地區(qū)，支出超過19億美元，其次是亞洲/太平洋(不包括日本)中歐和東歐(CEE)、中東和非洲(MEA)。

3D打印正在經(jīng)歷這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可能是因?yàn)槎鄠€(gè)行業(yè)的公司越來越多地使用它，而不僅僅是用于快速原型設(shè)計(jì)。如今的3D打印機(jī)能夠打印更多種類的材料(這主要意味著更多的金屬打印和更少的塑料打印，盡管塑料仍可能占主導(dǎo)地位);它們打印物體的速度比以前快，并且可以打印更大的物體(構(gòu)建體積)。源源不斷的新進(jìn)入者正在擴(kuò)大市場。3D打印被認(rèn)為是工業(yè)4.0中的“必不可少的部分”。先進(jìn)的生產(chǎn)和操作技術(shù)與智能數(shù)字技術(shù)的結(jié)合被稱為“第四次工業(yè)革命”。

還有其他報(bào)告提供了該行業(yè)的歷史、當(dāng)前和預(yù)測市場規(guī)模。然而，它們基于專利研究，因此既不可復(fù)制，也不可證偽。相比之下，由于我們專注于大型上市公司，我們的歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)都是從公開來源、經(jīng)審計(jì)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)和季度更新的數(shù)據(jù)中挑選出來的。我們的前瞻性估計(jì)再次利用公開可得的資料，并根據(jù)現(xiàn)有的分析師一致估計(jì);對(duì)于其中一些公司，超過12位分析師提供了前瞻性預(yù)測。

3D打印的興起，放緩和崛起

像許多新技術(shù)一樣，3D打印在早期也被過度炒作。到2014年，該行業(yè)(包括但不限于大型上市公司)的收入超過20億美元，高于2009年不到10億美元(某些基礎(chǔ)專利到期的年份，以及第一個(gè)消費(fèi)者家用3D打印機(jī)RepRap3問世)。新聞報(bào)道興奮地談到“每個(gè)家庭都將成為一個(gè)工廠”，并且有人預(yù)測傳統(tǒng)零件制造商、倉庫和物流公司在短期內(nèi)都會(huì)受到嚴(yán)重破壞。實(shí)際上，當(dāng)時(shí)3D打印機(jī)主要用于制作塑料原型，雖然家用3D打印機(jī)既有趣又有教育意義，但它們制造的東西幾乎從未具有適用價(jià)值。

雖然沒有崩潰，但3D打印行業(yè)過度炒作，導(dǎo)致它的發(fā)展速度放緩了。從圖1中可以看出，行業(yè)中的大型上市公司在2015年和2016年經(jīng)歷了個(gè)位數(shù)左右的百分比增長(盡管一些公司確實(shí)看到同比收入下降)，在經(jīng)歷了前幾年過高的期望后，進(jìn)入了預(yù)期下降的低谷。然而，這是一個(gè)淺谷，到2017年，增長再次加速。今天，我們預(yù)測未來幾年的行業(yè)年增長率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10%。

為何增長前景會(huì)反彈?首先得益于更多的3D打印材料。2014年，可用于3D打印的材料清單已經(jīng)很長了，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及零件制造中常用的完整材料清單。此外，許多零件需要由多種材料制成，當(dāng)時(shí)的3D打印機(jī)并不適合這項(xiàng)任務(wù)。快進(jìn)到2019年初，潛在的3D可打印材料清單已擴(kuò)大到五年前的兩倍以上，混合材料打印機(jī)正變得越來越普遍。

在這方面，最大的轉(zhuǎn)變往往是從塑料轉(zhuǎn)向金屬打印。塑料適用于原型機(jī)和某些最終零件，但價(jià)值數(shù)萬億美元的金屬部件制造市場是3D打印機(jī)更重要的市場。從2017年到2018年，3D打印行業(yè)的一項(xiàng)調(diào)查顯示，雖然塑料仍然是最常見的材料，但僅在那一年，塑料在3D打印中的份額就從88%下降到了65%，而金屬打印的份額則從28%上升到了36%。按照這個(gè)速度，金屬很有可能在2020年或2021年取代塑料，用于所有3D打印一半以上的份額。

另一個(gè)因素是速度。一次(用任何材料)制造一個(gè)超薄層是一個(gè)固有的緩慢過程。但自2014年以來，情況發(fā)生了變化。盡管打印時(shí)間會(huì)因形狀的復(fù)雜性、打印作業(yè)的質(zhì)量和/或使用的材料而有所不同，但從廣義上講，2019年市場上的3D打印機(jī)的速度是2014年的兩倍，其他條件相同。

一個(gè)特別有趣的創(chuàng)新是在金屬打印領(lǐng)域。在過去幾年中，使用選擇性激光燒結(jié)(SLS)打印了許多金屬零件。該過程相對(duì)緩慢且昂貴，并且需要接近真空的環(huán)境。最近的一種稱為粘合劑噴射金屬印刷的技術(shù)，可以將生產(chǎn)每個(gè)零件所需的時(shí)間縮短一半，準(zhǔn)備在2019年推出。盡管粘合劑噴射技術(shù)使得實(shí)際的3D打印部分比SLS快得多，但如此打印的部件尚未完成，需要在烘箱中燒結(jié)烘烤后進(jìn)行后處理，直到金屬粉末熔化為止。不過，雖然燒結(jié)需要時(shí)間，但可以集中進(jìn)行，所以大量零件的平均每件時(shí)間仍然比SLS快。)

3D打印機(jī)不僅變得更快，而且它們的構(gòu)建體積-可打印對(duì)象的大小–也正在增長。幾年前，一臺(tái)典型的高端金屬打印機(jī)只能制造一個(gè)小于10x10x10厘米的物體。但在2019年，可適用多種打印機(jī)，構(gòu)建體積為30x30x30厘米(9立方升)的物體。這允許制作更大的物體而無需打印較小的物體，然后組裝它們。此外，在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室等實(shí)驗(yàn)室采用大面積增材制造(BAAM)技術(shù)，在非常大的建筑體積上取得了進(jìn)展，其中x，y和z軸以米而不是厘米為單位測量。

最后，一些大公司正在進(jìn)入3D打印市場，驗(yàn)證空間并推動(dòng)整個(gè)行業(yè)更快地進(jìn)行創(chuàng)新。這些大型公司帶來了研究投資、信譽(yù)、龐大的客戶基礎(chǔ)和營銷力量，幸運(yùn)的是，對(duì)于行業(yè)的增長，他們通常會(huì)擴(kuò)大整體市場，而不是從現(xiàn)有的競爭者那里搶走銷量。這些財(cái)富500強(qiáng)公司從3D打印中獲得的收入對(duì)他們來說并不重要，對(duì)于一家價(jià)值500億至1000億美元的公司來說，即使是2.5億美元的3D打印相關(guān)收入也不到其銷售額的0.5%，但對(duì)于3D打印行業(yè)而言，這是非常重要的，到2020年可能占3D打印行業(yè)總收入的15%左右。此外，這些大公司進(jìn)入3D打印對(duì)于產(chǎn)品而言具有很高的戰(zhàn)略意義：他們正在使用3D打印以有趣的方式管理長尾并改善零件性能，例如打印重量更輕的零件，在制造中獲得更大的靈活性，簡化零件等等。

3D打印是否會(huì)百分之百成為制造市場?

隨著近年來的所有改進(jìn)，人們可能會(huì)問到為什么3D打印每年僅“增長”12%左右。如果3D打印機(jī)現(xiàn)在在制造最終部件方面如此有用，那么增長為什么不會(huì)更高呢?3D打印會(huì)成為制造東西的唯一方式嗎?

簡而言之，沒有。但要了解原因，值得探討如何更細(xì)致地制造零件。

基本上有三種方法可以一個(gè)零件：

獲取所需材料的數(shù)量，并根據(jù)需要進(jìn)行塑造

拿一塊太多的材料，去掉不需要的東西(減法制造)

隨著時(shí)間的推移，使用材料逐步構(gòu)建零件，直到完成所需的零件(增材制造或3D打印)

第一種方法可涉及多種技術(shù)和材料;鍛造、鑄造、沖壓和模塑(塑料注塑)是最常見的。這些技術(shù)已經(jīng)使用了幾十年甚至幾個(gè)世紀(jì);它們是眾所周知的，在每個(gè)零件的基礎(chǔ)上相對(duì)便宜，并且平均在幾秒鐘內(nèi)生產(chǎn)零件(不包括精加工-幾乎所有類型的零件制造，需要進(jìn)一步加工以進(jìn)行精加工，這可能需要幾秒鐘到幾小時(shí))。截至2018年，以這種方式運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器每年價(jià)值3000億美元，其中7臺(tái)每年生產(chǎn)價(jià)值超過一萬億美元的零件。作為一個(gè)成熟的行業(yè)，這種制造模式在全球范圍內(nèi)平均每年以2-3%的速度增長。

第二種技術(shù)-減法制造-可能涉及使用車床和許多其他大型工廠工具，但重要的是，它也可以通過計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器來執(zhí)行，這些機(jī)器正變得幾乎無處不在。使用CNC機(jī)器制作物體的成本比上述技術(shù)高，每個(gè)部件需要幾分鐘而不是幾秒鐘(不包括完成時(shí)間)。然而，基于數(shù)控機(jī)床的制造在許多市場中非常有用，特別是在體積低于制造模具(例如)或最終部件不能使用舊技術(shù)制造的情況下。全球數(shù)控機(jī)床市場每年增長約7%，約為傳統(tǒng)制造業(yè)的兩倍;預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到1000億美元，高于2018年的約600億美元

增材制造--3D打印-每個(gè)部件的成本仍然比使用CNC機(jī)器更昂貴(使其比傳統(tǒng)制造成本高得多)，并且每個(gè)部件需要數(shù)小時(shí)而不是幾分鐘(再次排除各種類型的精加工和后處理)。但是，有些零件只能通過3D打印制作，以及零件體積太小以至于傳統(tǒng)制造或減法制造都不是最佳的情況。這些市場推動(dòng)了我們預(yù)測3D打印的一些增長。另一個(gè)增長動(dòng)力是3D打印通常對(duì)制作可能在前兩種技術(shù)中使用的模具、鑄件、工具、壓鑄模和夾具非常有用。

3D打印機(jī)并不總是適合這項(xiàng)工作的工具，并且在可預(yù)見的未來，大多數(shù)零件仍然可能通過鑄造、鍛造、沖壓、模塑等產(chǎn)生;數(shù)控機(jī)床將占很小的比例，3D打印的比例甚至更小。但是，即使是價(jià)值數(shù)萬億美元的全球零部件行業(yè)(每年僅金屬零部件行業(yè)就價(jià)值1萬億美元)的1%，仍然是一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)。

此外，使用三種技術(shù)中的每一種來制造的零件的比例，都是指零件的單位體積。但是，使用CNC機(jī)床和3D打印機(jī)制造的物品往往比傳統(tǒng)制造的物品價(jià)值高得多，因此通過更先進(jìn)的技術(shù)制造的零件的美元價(jià)值將高于單位百分比所顯示的價(jià)值。換句話說，像螺母和螺栓這樣的零件將采用傳統(tǒng)的方法制造。但這些部件都是大宗商品，價(jià)格低廉，而3D打印部件的價(jià)值可能高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千美元。

3D打印機(jī)不可能取代傳統(tǒng)制造技術(shù)這一事實(shí)非常重要。如果制造商不得不拋棄所有舊機(jī)器并切換到完全3D打印的世界，那將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但在這個(gè)過程的最后，它將具有一定的簡單性。所有商品都將使用3D打印機(jī)制造，雖然公司需要大量的原料庫存，但他們將不再需要零件倉庫、倉庫和配送中心。供應(yīng)鏈和物流問題與今天不同，在某些方面更簡單。

但這可能不會(huì)發(fā)生。相反，公司和行業(yè)將始終不得不應(yīng)對(duì)混合制造業(yè)，這更加復(fù)雜，難以管理。零件將使用所有三種方法制造，通常一次不止一種(這實(shí)際上是一項(xiàng)相當(dāng)重要的技術(shù)，大大擴(kuò)展了市場)。所有這些使得下面描述的解決方案比3D打印簡單地取代更重要。

結(jié)果

在當(dāng)今日益復(fù)雜的生產(chǎn)和維護(hù)環(huán)境中，越來越多的組織通過尋求3D打印來應(yīng)對(duì)供應(yīng)鏈和制造業(yè)務(wù)中的限制。

公司應(yīng)該如何開始3D打印?當(dāng)然，沒有一個(gè)答案。相反，將3D打印集成到組織戰(zhàn)略中有多種途徑。

在高層次上，組織應(yīng)該檢查他們的商業(yè)模式。領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)了解3D打印對(duì)其業(yè)務(wù)所代表的機(jī)遇和/或威脅，以及如何利用3D打印顛覆他們的行業(yè)。接下來，他們應(yīng)該檢查3D打印的商業(yè)案例。傳統(tǒng)的單件價(jià)格比較并不總能完全發(fā)現(xiàn)3D打印的全部優(yōu)勢，因此為了正確評(píng)估業(yè)務(wù)案例，公司應(yīng)開發(fā)生命周期成本比較，以便在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)/售后市場中捕獲3D打印的優(yōu)勢(如果有的話)。評(píng)估的關(guān)鍵是了解公司今天在哪里部署3D打印，想在哪里應(yīng)用3D打印(愿望)，最后應(yīng)用于何處(基于現(xiàn)實(shí)的雄心)。在此之后，公司應(yīng)確定是否繼續(xù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，即3D打印的商業(yè)案例是否有意義，如果有，那么在哪里(例如在供應(yīng)鏈，產(chǎn)品開發(fā)或其他領(lǐng)域)。在測試可行性、可用性和可取性之后，領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)該評(píng)估其流程和資產(chǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，然后制定路線圖以隨著時(shí)間的推移進(jìn)行擴(kuò)展。

要在工業(yè)規(guī)模上使用3D打印，組織需要管理一系列復(fù)雜的、相互連接的和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的事件?！皵?shù)字線”是一條從最初設(shè)計(jì)到成品的無縫數(shù)據(jù)鏈，是優(yōu)化3D打印生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。德勤稱之為“增材制造的數(shù)字線”，簡稱DTAM。

我們圍繞DTAM和3D打印的五個(gè)主要建議是：

評(píng)估工具和技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)。對(duì)一個(gè)制造資源的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行盤點(diǎn)，可以使公司識(shí)別任何痛點(diǎn)，并了解他們可能需要集中精力的地方。

確定公司應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)：產(chǎn)品開發(fā)，供應(yīng)鏈優(yōu)化或兩者兼而有之。一旦制造商評(píng)估了他們當(dāng)前的能力以及他們希望在圖2所示的3D打印框架內(nèi)的位置，他們就可以開始制定構(gòu)建和實(shí)施DTAM或一般3D打印方法的路線圖。至關(guān)重要的是，這應(yīng)該與業(yè)務(wù)案例相關(guān)：重點(diǎn)應(yīng)放在推動(dòng)業(yè)務(wù)成果上，而不僅僅是建立能力。

考慮當(dāng)前的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和使用方法以及它們?nèi)绾斡成涞紻TAM。3D打印應(yīng)該整合到一般的制造過程中。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，組織需要一個(gè)包含3D打印的數(shù)字線程以及他們也可能使用的任何成型和減法技術(shù)。公司可以檢查他們?nèi)绾卧诋?dāng)前的制造實(shí)踐中收集、存儲(chǔ)和使用數(shù)據(jù)，然后考慮他們是否正在盡可能有效地存儲(chǔ)和使用來自工廠車間的信息。通過這種方式，他們可以構(gòu)建更高效的DTAM。很容易想象使用所有三種制造技術(shù)的場景，但這些活動(dòng)可能需要由貫穿整個(gè)制造過程的數(shù)字骨干(線程)支持。

了解到目前還沒有創(chuàng)建DTAM的一站式端到端解決方案。公司應(yīng)該檢查實(shí)施DTAM和擴(kuò)展3D打印將如何影響他們的業(yè)務(wù)，以及根據(jù)他們的特定需求開始構(gòu)建需求。

為員工著想。3D打印和DTAM都需要工程師和組織內(nèi)其他人員的接受和采用，因此招聘、培訓(xùn)和保留是重要的考慮因素，變更管理也是如此。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，3D打印終于達(dá)到了比大多數(shù)其他制造技術(shù)更持續(xù)增長的時(shí)期。與許多其他新技術(shù)一樣，重要的是“從大的方面考慮，從小的方面開始，迅速擴(kuò)展”?！拔磥韼啄?，3D打印可能會(huì)在從機(jī)器人到火箭飛船的各種制造業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。”對(duì)制造業(yè)以外的行業(yè)的連鎖反應(yīng)可能是深遠(yuǎn)的。

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