展望2020年-关于3D打印的四大趋势

| 3DScienceValley · 2017/01/03

3D打印技术是个不断发展的新兴制造技术，许多应用在今日才崭露头角，或许在不久的将来就成为主流的制造技术。市场研究机构Gartner对2020年3D打印技术在制造业中的应用进行了预测，并总结了关于3D打印的四个趋势，每一种趋势都可以在近几年的3D打印技术发展历程中找到“蛛丝马迹”。3D科学谷以Gartner的四大趋势为主线，将这些“蛛丝马迹” 进行了整理，让我们共同来回顾3D打印的发展、展望3D打印的未来。

3D打印与制造业水乳交融

趋势1：10%的工业生产将集成自动化3D打印技术
自动化的范畴包括3D打印技术与机器人、机械臂的结合，自动化控制与检测等。

可协同作业的3D打印机器人

图片来源：Siemens

代表性技术：西门子SiSpis蜘蛛机器人，该机器人外形和工作原理都酷似蜘蛛，身上装有一个可挤出PLA 打印材料的3D打印机、相机和激光扫描仪，在进行大型物体3D打印作业时，多台SiSpis蜘蛛机器人将协同作战，完成打印任务。详见3D科学谷发表的西门子的蜘蛛机器人3D打印机。

机械臂更广泛的用于3D打印领域

图片：Viridis3D的砂模3D打印机械臂

自动化领域著名的制造商ABB和KUKA都已跨界到3D打印领域, 通过集成3D打印设备,机械臂可承担制造大型复杂零部件或建筑结构的任务，例如：Stratasys公司将3D打印熔融挤出头集成在KUKA机械臂上，完成大型碳纤维零部件的3D打印，详见3D科学谷的市场研究碳纤维风来袭，3D老江湖新目标指向大尺寸以及碳纤维打印；Viridis3D 公司通过集成了3D打印机的ABB机械臂和自动化传送带，完成砂模的批量化生产。

趋势2：30%的骨科植入物是在医院内部或就近3D打印的
植入物是植入人体的医疗器械，由于不同人体之间存在着差异，个性化定制的植入物与标准产品相比将带来更精准的治疗效果，3D打印在个性化小批量产品生产领域具有优势，因此而日益受到植入物制造领域的重视。

未来植入物将不单纯依赖于医疗器械工厂的大规模生产，还可以在医院内部或附近的实现快速3D打印。不过植入物在投入使用之前还需经过严格的消毒、测试和审批，按需生产的定制化植入物也不例外，虽然3D打印技术制造小批量定制化植入物的时间很短，但是这些后续的流程周期很长，如何加速这些流程是实现定制化植入物就近快速生产所需要解决的问题，Gartner认为这个问题在未来三年将得到改善。

3D科学谷在进行骨科植入物市场的研究过程中感受到了3D打印技术在植入物制造中的应用逐渐普及和深入的趋势，一方面从应用的角度上来看，3D打印技术已渗透到髋关节、膝关节、颌面、胸骨、脊柱、足踝植入物等多个领域，另一方面食品药品监督管理机构对3D打印植入物的审批正在加速，美国FDA已批准了85个3D打印植入物进入市场。关于3D打印植入物的应用，详见3D科学谷3D打印与骨科植入物白皮书-2016版。

趋势3：3D打印技术的应用将使新产品推出市场的时间缩短25%

图片来源：GKN

3D打印技术为企业的新产品研发工作，带来快速及低成本的产品原型制造、小批量试制解决方案。因引入3D打印技术而使新产品研发受益的企业不仅包括对交货期极为苛刻的航空制造企业，例如GKN 航空（详见揭秘GKN的增材制造布局）,还包括依靠创新技术和新产品推出速度立足于市场的创业型企业，如Nano-Racing无人机创业团队和Alta Motor电动摩托车团队。

趋势4：75%的制造企业将使用3D打印的工具
3D打印将作为传统制造技术的补充，逐渐成为大多数制造企业所倚重的技术，这种补充作用主要体现在两个方面，一个方面是直接制造传统技术难以实现的复杂产品或小批量产品，另一方面则是制造传统制造技术所需要的模具、刀具、夹具。

图片来源：雷尼绍

模具是工业之母，广泛用于冲裁、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中。几乎所有的3D打印技术都可以在模具领域中找到应用的切入点，其中比较典型的是SLM 3D打印技术在注塑模具随形冷却通道制造中的应用。

对于模具制造商来说，由于模具的质量直接决定了注塑生产效率，并决定产品质量，从而决定产品附加值。在最小周期时间内高效冷却塑料产品对提高注塑生产效率、提升注塑产品的附加值有积极的影响，而模具冷却通道的设计与制造在其中扮演了重要角色，SLM 3D打印技术为模具冷却通道的设计和制造带来更高自由度，通过该技术制造的随形冷却通道更靠近模具的冷却表面，并具有平滑的角落，更快的流量，增加热量转移到冷却液的效率，详见3D科学谷发表的随形冷却模具-3D打印价值的传递，了解SLM 3D打印技术为注塑模具带来的商业价值。

3D打印技术在模具制造中的主要应用还包括快速制造铸造砂模和熔模母模，详见3D科学谷发布的3D打印模具的应用、趋势、供应链白皮书。

刀具是机械加工技术中所必需的工具，许多非标刀具槽型复杂，制造难度大、交货周期长、制造成本高，目前部分刀具制造商已尝试性的探索使用金属3D打印技术制造复杂的非标刀，详见高迈特生产非标刀具的新途径。

在机床上或生产线上装夹工件的非标夹具也可以通过3D打印技术进行快速制造，无论是像雄克这样的专业夹具制造商（详见3D科学谷市场研究3D打印在刀夹具领域的应用）还是像沃尔沃发动机厂这样的制造业用户都已开始使用3D打印技术来制造夹具，据3D科学谷的市场研究沃尔沃法国发动机工厂使用Stratasys 的3D打印系统制造非标夹具，制造周期缩短了94%，制造成本也显著降低，3D打印在制造非标夹具领域所带来的价值将推动更多制造企业使用3D打印的夹具。