根據3D科學谷的(de)市(shi)場觀(guan)察，近日，麥(mai)肯錫發布了一(yi)份有關增(zeng)材(cai)制(zhi)造(zao)發展主流化的(de)文件《The mainstreaming of additive manufacturing》討(tao)論經過40年(nian)的(de)發展，增(zeng)材(cai)制(zhi)造(zao)如何(he)從(cong)小眾的(de)技術實現超越。

不容小覷的3D打印

內在價值創造推動走向主流

根據(ju)麥肯錫，與(yu)傳統(tong)的生產方法相比，增材制造技術提供了(le)四種潛在(zai)的價值來源。

首(shou)先，增材(cai)制造生成幾(ji)乎任何 3D 形狀，這種能(neng)力使設計人員(yuan)能(neng)夠自(zi)由地(di)創(chuang)建性能(neng)比傳統替代品更好(hao)或(huo)成本(ben)更低的(de)(de)零(ling)件。例如，空中客車公司(si)生產的(de)(de)增材(cai)制造鈦支架(jia)比其(qi)前身(shen)輕(qing) 30%，而(er)不會影響性能(neng)或(huo)耐用性。

其(qi)次(ci)，無需模(mo)具(ju)或固(gu)定(ding)(ding)工裝，一(yi)臺3D打印設(she)(she)備生(sheng)產的(de)每個(ge)(ge)零件(jian)都可(ke)以(yi)是獨一(yi)無二的(de)，為大(da)規(gui)模(mo)定(ding)(ding)制(zhi)(zhi)鋪(pu)平(ping)了道路。一(yi)個(ge)(ge)典型的(de)案(an)例是測試設(she)(she)備制(zhi)(zhi)造商 Vectoflow 使用 AM-增材制(zhi)(zhi)造技(ji)術（3D打印）生(sheng)產用于流體流量(liang)測量(liang)應用的(de)定(ding)(ding)制(zhi)(zhi)探頭(tou)。其(qi)微激光燒結工藝可(ke)實現緊湊和復雜的(de)設(she)(she)計，并具(ju)有流線型形(xing)狀，以(yi)最大(da)限度地減少對(dui)被測流量(liang)的(de)影響。探頭(tou)采(cai)用多種(zhong)材料制(zhi)(zhi)造，以(yi)適應所需的(de)操(cao)作環境(jing)，包括(kuo)不(bu)銹鋼、鈦和各種(zhong)超合(he)金(jin)。

第三(san)，消除耗(hao)時的模具制造(zao)可加速(su)產(chan)(chan)品(pin)開發和生(sheng)產(chan)(chan)，從(cong)而縮短(duan)產(chan)(chan)品(pin)上(shang)市時間。最新的阿麗亞娜 6 號火(huo)箭(jian)中(zhong)使用的復雜燃(ran)料噴射(she)器(qi)頭是作為(wei)單件整體(ti)鎳(nie)基合金零件增材制造(zao)的。該(gai)零件先前通過傳統方(fang)式(shi)來制造(zao)則需要由 248 個(ge)單獨加工的部件焊接在一起(qi)。

最后(hou)，AM-增材制(zhi)造可以簡(jian)化現場產品的(de)維護和支持，通(tong)過啟用數字(zi)文件按需生產項目(mu)來(lai)減少對備(bei)件庫(ku)存的(de)需求(qiu)。例如，汽車(che)制(zhi)造商梅賽德斯-奔馳現在使用 AM-增材制(zhi)造技(ji)術為其經典車(che)輛(liang)生產備(bei)件。

根據麥肯錫對(dui)增材(cai)制造(zao)行(xing)業的(de)分析表明，3D打印-增材(cai)制造(zao)行(xing)業已經發(fa)展到 134 億(yi)歐(ou)元(yuan)，年增長率為(wei) 22%。3D打印-增材(cai)制造(zao)行(xing)業非常活躍，有 200 多家參與(yu)企(qi)業競相開發(fa)新的(de)硬件、軟件和材(cai)料(liao)。

克服技術瓶頸推動走向主流

快速(su)創新正(zheng)在推動(dong)增材(cai)(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)技術性能的(de)(de)重(zhong)大改進，最新一代的(de)(de)3D打印正(zheng)在克服其上(shang)一代設備的(de)(de)許多(duo)感知限制(zhi)(zhi)，例如允許生(sheng)產懸垂部件而(er)不需要(yao)復雜的(de)(de)3D打印支撐結構(gou)，或者通過使用磁(ci)場控(kong)制(zhi)(zhi)纖維(wei)增強物(wu)的(de)(de)對齊(qi)來制(zhi)(zhi)造(zao)更堅固(gu)的(de)(de)部件。此外(wai)，可用于增材(cai)(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)系統(tong)的(de)(de)材(cai)(cai)料范圍不斷(duan)擴大，包括高強度(du)鋁合金和醫療(liao)級塑(su)料材(cai)(cai)料。

AM-增材制(zhi)造（3D打印(yin)）系統(tong)也(ye)變得(de)越(yue)來(lai)越(yue)快。例如，最(zui)近(jin)基于選(xuan)擇性激(ji)光(guang)燒結 (SLS) 的系統(tong)使用(yong)多達一百萬個激(ji)光(guang)二極管(guan)來(lai)加速零件的生產(chan)。

另一(yi)方面，軟件(jian)(jian)和后(hou)處理(li)技(ji)術的(de)改進(jin)正在進(jin)一(yi)步簡化從概(gai)念到(dao)成(cheng)品(pin)組件(jian)(jian)的(de)端到(dao)端的(de)過程。3D打印-增材制造技(ji)術與創成(cheng)式(shi)設計非常匹配，后(hou)者使用人工(gong)智能(neng)技(ji)術來定義和優化零件(jian)(jian)的(de)幾何(he)形狀(zhuang)。

在(zai)許多(duo)領域，AM-增(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造（3D打印）技(ji)術已(yi)被(bei)廣泛(fan)接受為在(zai)產品開發和(he)測試期間生產功能原型的(de)(de)最快、最具(ju)成(cheng)本效益的(de)(de)方(fang)法。增(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造技(ji)術也被(bei)應用(yong)于(yu)越來越多(duo)的(de)(de)“間接”應用(yong)，包括(kuo)用(yong)于(yu)傳統制(zhi)(zhi)造機器的(de)(de)模具(ju)、備(bei)件(jian)和(he)夾具(ju)。

準備好迎接黃金發展期

然而，盡管有些(xie)公司已經涉足(zu)使用增(zeng)(zeng)材制(zhi)造(zao)直(zhi)接(jie)制(zhi)造(zao)最終產品，但(dan)目前增(zeng)(zeng)材制(zhi)造(zao)的大(da)規(gui)模采(cai)用仍然有限(xian)。制(zhi)造(zao)商(shang)列舉(ju)了(le)使用增(zeng)(zeng)材制(zhi)造(zao)的四個(ge)重大(da)障礙(ai)：

硬件：大多數增(zeng)材(cai)制(zhi)造(zao)機(ji)器的低速(su)和(he)有限的構建體(ti)積(ji)限制(zhi)了可能的應(ying)用范(fan)圍。事實證明(ming)，低效率和(he)尺(chi)寸限制(zhi)很難集成到生產工作流程中。自動化(hua)的工業(ye)增(zeng)材(cai)制(zhi)造(zao)生產單(dan)元需要用戶結合(he)來(lai)自不(bu)同供應(ying)商的制(zhi)造(zao)、后(hou)處理和(he)材(cai)料處理設備(bei)。

軟件：增(zeng)材制造(zao)設備通常(chang)依賴于(yu)供應商特定的(de)(de)控(kong)制軟件，不同機(ji)器(qi)之(zhi)間(jian)或(huo)與更廣(guang)泛工廠中使(shi)用(yong)的(de)(de)設備和(he)生(sheng)產控(kong)制系統之(zhi)間(jian)的(de)(de)集成有限。這使(shi)得實現穩定的(de)(de)質量和(he)穩定的(de)(de)生(sheng)產力所需(xu)的(de)(de)技術和(he)訣竅是很(hen)難獲得的(de)(de)。

材料：今(jin)天即使是普(pu)通的(de)(de)(de)(de)工程(cheng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)當以適(shi)合用(yong)(yong) AM增材(cai)(cai)制造設備(bei)加工的(de)(de)(de)(de)形式提供時，價格要貴(gui)得多。例如(ru)塑(su)料(liao)(liao)(liao)必須(xu)專門為增材(cai)(cai)制造機器(qi)開發(fa)，這是一個(ge)耗時且(qie)復雜(za)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)。并且(qie)將金屬合金轉化為適(shi)用(yong)(yong)于增材(cai)(cai)制造機器(qi)的(de)(de)(de)(de)粉末形式所需的(de)(de)(de)(de)額外加工大大增加了金屬材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)成本。此外，沒有足夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)可用(yong)(yong)增材(cai)(cai)制造材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，尤其是塑(su)料(liao)(liao)(liao)，缺乏(fa)足夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)已獲得關(guan)鍵最終(zhong)用(yong)(yong)途(tu)應用(yong)(yong)全面認證(zheng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。

服務：工(gong)業用(yong)戶抱怨(yuan)設(she)備供應(ying)(ying)商目(mu)前沒有(you)提(ti)供超出(chu)安裝和調試設(she)備所需的高(gao)級(ji)技術(shu)支(zhi)持。例(li)如，用(yong)戶希望(wang)獲得更多幫助來改進(jin)組件設(she)計以適應(ying)(ying)特定的制造流(liu)程，或者在(zai)生產開始后(hou)找到提(ti)高(gao)機器(qi)質(zhi)量、可靠性和生產力的方法。

雖然(ran)公司已(yi)經涉足使(shi)用(yong)增材制造直(zhi)接制造最終(zhong)產品，但該(gai)方法的大規模采(cai)用(yong)仍然(ran)有限(xian)。

最后，制(zhi)造(zao)(zao)商(shang)努力(li)弄(nong)清楚增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)將如何(he)使他們(men)受益。設計(ji)工程師(shi)通常對(dui)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)系(xi)統的(de)功能(neng)或如何(he)為增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)進行(xing)設計(ji)的(de)知識有限。簡(jian)單地將現有組(zu)(zu)件從傳統制(zhi)造(zao)(zao)切換到增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)工藝很少有優勢(shi)。相反(fan)，當利用(yong)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)的(de)獨特功能(neng)時，好處就會顯(xian)現出(chu)來，例如將多個(ge)特征(zheng)組(zu)(zu)合到一個(ge)組(zu)(zu)件中(zhong)，以減少裝配中(zhong)的(de)零件總數或消除對(dui)后續制(zhi)造(zao)(zao)或工藝步(bu)驟的(de)需求(qiu)。

如今(jin)，工業規(gui)模增材(cai)(cai)(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)安裝(zhuang)的(de)風險都(dou)由最終(zhong)用(yong)(yong)戶承擔。而這些障礙可能使(shi)構(gou)建使(shi)用(yong)(yong)增材(cai)(cai)(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)技術直(zhi)接(jie)制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的(de)商(shang)業案例變得極其(qi)困難(nan)。克服(fu)這些障礙是整個行業的(de)挑戰，例如，3D打印設(she)備制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)商(shang)可以進一步提高速度(du)、端(duan)到端(duan)自動化以及與現有制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)系統的(de)集(ji)成(cheng)，而材(cai)(cai)(cai)料供應商(shang)可以解決(jue)有關(guan)認證、可用(yong)(yong)性和成(cheng)本(ben)的(de)問(wen)題。

然而，雄心勃(bo)勃(bo)的(de)(de)制(zhi)造商無需等(deng)待增材制(zhi)造行(xing)業完成所有工(gong)作。盡(jin)管存在(zai)這些(xie)(xie)限制(zhi)，一(yi)些(xie)(xie)工(gong)業用戶在(zai)使用增材制(zhi)造直接生產方面取得(de)(de)了重大進展(zhan)，并在(zai)此過程中不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)知識和能力(li)，從而隨(sui)著行(xing)業的(de)(de)發(fa)展(zhan)取得(de)(de)明顯的(de)(de)競爭優勢。

醫學奇跡

醫(yi)療(liao)器械行(xing)業是(shi)通過3D打印-增材制造成(cheng)功超越這些(xie)感知限制的杰(jie)出(chu)行(xing)業。現在，增材制造技(ji)術被常規(gui)和大(da)規(gui)模(mo)(mo)應用以(yi)生(sheng)產各種產品，包(bao)括假肢和植(zhi)入物(wu)、手術導板以(yi)及用于術前計劃或患(huan)者教育的解(jie)剖(pou)模(mo)(mo)型(xing)（圖表 1）。

制(zhi)藥和(he)醫療器械(xie)行(xing)業在使(shi)用(yong)增材制(zhi)造進(jin)行(xing)大規模直接生產方面處(chu)于(yu)領先地位(wei)。

這些應(ying)用之所以(yi)成功，是因為它們是高度(du)定制化、高價值的(de)應(ying)用，可為患者和臨床(chuang)醫生(sheng)帶來(lai)傳統制造技(ji)術無法比擬(ni)的(de)好處(chu)。例如，外科(ke)醫生(sheng)無需花(hua)時間剃骨(gu)或塑(su)造標準的(de)骨(gu)科(ke)植入物，只需安裝一個定制設備，以(yi)匹配個體患者的(de)形態。 

AM-增材制造甚至(zhi)正(zheng)在制藥領域進行探(tan)索，使用 3D 打印技術生產具有定制藥物(wu)劑(ji)量(liang)和(he)釋放(fang)特性的藥品。根據(ju)3D科(ke)學(xue)谷(gu)的市場了(le)解(jie)，2021年(nian)10月，三迭紀(ji)發(fa)布2.0時代開放(fang)戰(zhan)略，通過(guo)開放(fang)技術資源(yuan)，建(jian)立(li)與(yu)全球藥企和(he)上下游供應商的廣泛合作，實現3D打印藥物(wu)技術的商業(ye)化(hua)。

AM-增材制造卓越藍圖

與此(ci)同時(shi)，其他行業(ye)的(de)很多(duo)制造商還(huan)無法利用 AM-增(zeng)(zeng)材制造的(de)優勢，除非他們(men)對 AM-增(zeng)(zeng)材制造技(ji)術采取更全面的(de)方法。這通常需要他們(men)開發新(xin)穎(ying)的(de)產(chan)品設計、制造流程(cheng)和商業(ye)模式(shi)。醫療器械行業(ye)的(de)經驗表明這是可以做(zuo)到的(de)。

圖表(biao) 2 描述了一個可以(yi)幫助公司從(cong)(cong)零開始開發增材制(zhi)(zhi)造(zao)能力的(de)框架。旨在最(zui)(zui)大(da)程度地降低風(feng)險并保持(chi)對前期(qi)投資的(de)要(yao)求較低，同時(shi)仍然支持(chi)組織從(cong)(cong)最(zui)(zui)初的(de)增材制(zhi)(zhi)造(zao)體驗到大(da)規模(mo)應用。

這種方法的核心(xin)是“AM-增材制造能力(li)中(zhong)心(xin)”，將組織的 AM-增材制造工作整合到一個地方，并作為能力(li)、知識(shi)和最佳實踐的存(cun)儲庫。

一(yi)(yi)開始(shi)，這個“AM-增材(cai)制造(zao)能力中心”可以是一(yi)(yi)個小型、敬業的團隊，但(dan)理想情況下應該是面(mian)向外部的，與(yu)外部合作(zuo)伙伴合作(zuo)發展(zhan)知(zhi)(zhi)識和關(guan)系，并與(yu)整個組(zu)織的工程師(shi)和其他利(li)益相關(guan)者分(fen)享所學知(zhi)(zhi)識。

在能力中心的帶領(ling)下，原型(xing)零(ling)件的生(sheng)產(chan)是最常見的增(zeng)材(cai)制造起點(dian)，此外裝配夾具(ju)的制造有助(zhu)于在生(sheng)產(chan)工程師(shi)和(he)車間(jian)工作人(ren)員中激發興趣。

隨著對增(zeng)材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造技術的(de)了(le)解加深(shen)，“AM-增(zeng)材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造能力中(zhong)(zhong)心”可(ke)以開始尋找更系統(tong)地(di)應用增(zeng)材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造技術的(de)機會。這可(ke)以通過確(que)定(ding)AM-增(zeng)材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造可(ke)以提供幫助的(de)價值鏈中(zhong)(zhong)的(de)關鍵點來實現(xian)，例如(ru)消除廢料(liao)、簡化裝配、減少庫存或改進(jin)下一代產品。

為了在保持(chi)投資水平可控(kong)的同(tong)時探索這些機會，企業(ye)可以(yi)采用協作(zuo)方式(shi)。通過(guo)建立(li)一個(ge)小型(xing)合作(zuo)伙伴生態系統，例如(ru)采用外部增材制造服(fu)務(wu)提(ti)供商(shang)的服(fu)務(wu)或與外部研(yan)發機構合作(zuo)，企業(ye)可以(yi)獲得嘗試不同(tong)方法和技術(shu)所需的能力和專(zhuan)業(ye)知(zhi)識(shi)。

同時，企業領導者可(ke)以密(mi)切關注未來應用(yong)達到真正規模的機會。例如，在受監管(guan)的行業中(zhong)，對有前景的材料、設計方(fang)法和技術進行早期認證(zheng)可(ke)以通過消除潛在的采用(yong)瓶頸來建(jian)立競爭(zheng)優(you)勢。

隨著將最(zui)有前(qian)途的(de)(de)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)投(tou)入生產，企(qi)(qi)(qi)業進入了(le)(le)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)核心能力構(gou)建和(he)轉移(yi)階段。例如(ru)，為了(le)(le)更(geng)快地識(shi)(shi)別更(geng)多潛在應(ying)用(yong)，企(qi)(qi)(qi)業可(ke)以(yi)將他們不斷(duan)增(zeng)長的(de)(de)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)知識(shi)(shi)編入設計工具中。這些可(ke)能包括(kuo)總擁有成(cheng)本 (TCO) 模型，可(ke)以(yi)輕松(song)量化企(qi)(qi)(qi)業內常見應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)轉向(xiang)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)的(de)(de)成(cheng)本和(he)收益。同時，組(zu)織可(ke)以(yi)加強與(yu)生態系統合作伙伴的(de)(de)合作，以(yi)根據需(xu)要轉移(yi)知識(shi)(shi)，并開始獲取內部生產增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)零件所需(xu)的(de)(de)硬件。

一旦獲得了使用增材制造直接生產(chan)的(de)(de)一些經驗，組織就可以進入規模(mo)和(he)擴(kuo)大應用階段，將增材制造完全納入其制造技術(shu)組合。這一階段通常涉及對額(e)外生產(chan)能力的(de)(de)投資、設計和(he)生產(chan)控(kong)制標準流程的(de)(de)開發，以及工程師和(he)操作員(yuan)的(de)(de)進一步(bu)技能培養。

總之，在(zai)(zai)作為一個小玩家幾十年后，3D打印-增材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造(zao)正處于明(ming)星的風口浪尖，這是不(bu)容小覷的技術。更(geng)(geng)快的機器、更(geng)(geng)好(hao)的材(cai)(cai)(cai)料和(he)(he)更(geng)(geng)智能(neng)的軟件(jian)正在(zai)(zai)幫助使 AM-增材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造(zao)成(cheng)為許多(duo)現(xian)實世(shi)界(jie)生(sheng)產應用程序的現(xian)實解決方案。隨著技術壁壘的降低，3D打印設備制(zhi)造(zao)商有責任提高對這些快速發(fa)展的技術的理(li)解，建立使增材(cai)(cai)(cai)制(zhi)造(zao)在(zai)(zai)工業世(shi)界(jie)中大放異彩所需的技能(neng)、流(liu)程和(he)(he)商業模式(shi)。

本文轉(zhuan)自 3D科學(xue)谷