展望2020年-關於3D列印的四大趨勢

3D列印技術是個不斷發展的新興製造技術，許多應用在今日才嶄露頭角，或許在不久的將來就成為主流的製造技術。市場研究機構Gartner對2020年3D列印技術在製造業中的應用進行了預測，並總結了關於3D列印的四個趨勢，每一種趨勢都可以在近幾年的3D列印技術發展歷程中找到「蛛絲馬跡」。3D科學谷以Gartner的四大趨勢為主線，將這些「蛛絲馬跡」 進行了整理，讓我們共同來回顧3D列印的發展、展望3D列印的未來。

3D列印與製造業

水乳交融

趨勢1：10%的工業生產將集成自動化3D列印技術

自動化的範疇包括3D列印技術與機器人、機械臂的結合，自動化控制與檢測等。

可協同作業的3D印表機器人

圖片來源：Siemens

代表性技術：西門子SiSpis蜘蛛機器人，該機器人外形和工作原理都酷似蜘蛛，身上裝有一個可擠出PLA 列印材料的3D印表機、相機和激光掃描儀，在進行大型物體3D列印作業時，多台SiSpis蜘蛛機器人將協同作戰，完成列印任務。詳見3D科學谷發表的西門子的蜘蛛機器人3D印表機。

機械臂更廣泛的用於3D列印領域

自動化領域著名的製造商ABB和KUKA都已跨界到3D列印領域, 通過集成3D列印設備,機械臂可承擔製造大型複雜零部件或建築結構的任務，例如：Stratasys公司將3D列印熔融擠出頭集成在KUKA機械臂上，完成大型碳纖維零部件的3D列印，詳見3D科學谷的市場研究碳纖維風來襲，3D老江湖新目標指向大尺寸以及碳纖維列印；Viridis3D 公司通過集成了3D印表機的ABB機械臂和自動化傳送帶，完成砂模的批量化生產。

趨勢2：30%的骨科植入物是在醫院內部或就近3D列印的

植入物是植入人體的醫療器械，由於不同人體之間存在著差異，個性化定製的植入物與標準產品相比將帶來更精準的治療效果，3D列印在個性化小批量產品生產領域具有優勢，因此而日益受到植入物製造領域的重視。

未來植入物將不單純依賴於醫療器械工廠的大規模生產，還可以在醫院內部或附近的實現快速3D列印。不過植入物在投入使用之前還需經過嚴格的消毒、測試和審批，按需生產的定製化植入物也不例外，雖然3D列印技術製造小批量定製化植入物的時間很短，但是這些後續的流程周期很長，如何加速這些流程是實現定製化植入物就近快速生產所需要解決的問題，Gartner認為這個問題在未來三年將得到改善。

3D科學谷在進行骨科植入物市場的研究過程中感受到了3D列印技術在植入物製造中的應用逐漸普及和深入的趨勢，一方面從應用的角度上來看，3D列印技術已滲透到髖關節、膝關節、頜面、胸骨、脊柱、足踝植入物等多個領域，另一方面食品藥品監督管理機構對3D列印植入物的審批正在加速，美國FDA已批准了85個3D列印植入物進入市場。關於3D列印植入物的應用，詳見3D科學谷3D列印與骨科植入物白皮書-2016版。

預言3：3D列印技術的應用將使新產品推出市場的時間縮短25%

圖片來源：GKN

3D列印技術為企業的新產品研發工作，帶來快速及低成本的產品原型製造、小批量試製解決方案。因引入3D列印技術而使新產品研發受益的企業不僅包括對交貨期極為苛刻的航空製造企業，例如GKN 航空（詳見揭秘GKN的增材製造布局）,還包括依靠創新技術和新產品推出速度立足於市場的創業型企業，如Nano-Racing無人機創業團隊和Alta Motor電動摩托車團隊。

預言4：75%的製造企業將使用3D列印的工具

3D列印將作為傳統製造技術的補充，逐漸成為大多數製造企業所倚重的技術，這種補充作用主要體現在兩個方面，一個方面是直接製造傳統技術難以實現的複雜產品或小批量產品，另一方面則是製造傳統製造技術所需要的模具、刀具、夾具。

隨形冷卻水路的模具

圖片來源：雷尼紹

模具是工業之母，廣泛用於沖裁、模鍛、冷鐓、擠壓、粉末冶金件壓制、壓力鑄造，以及工程塑料、橡膠、陶瓷等製品的壓塑或注塑的成形加工中。幾乎所有的3D列印技術都可以在模具領域中找到應用的切入點，其中比較典型的是SLM 3D列印技術在注塑模具隨形冷卻通道製造中的應用。

對於模具製造商來說，由於模具的質量直接決定了注塑生產效率，並決定產品質量，從而決定產品附加值。在最小周期時間內高效冷卻塑料產品對提高注塑生產效率、提升注塑產品的附加值有積極的影響，而模具冷卻通道的設計與製造在其中扮演了重要角色，SLM 3D列印技術為模具冷卻通道的設計和製造帶來更高自由度，通過該技術製造的隨形冷卻通道更靠近模具的冷卻表面，並具有平滑的角落，更快的流量，增加熱量轉移到冷卻液的效率，詳見3D科學谷發表的隨形冷卻模具-3D列印價值的傳遞，了解SLM 3D列印技術為注塑模具帶來的商業價值。

3D列印技術在模具製造中的主要應用還包括快速製造鑄造砂模和熔模母模，詳見3D科學谷發布的3D列印模具的應用、趨勢、供應鏈白皮書。

刀具是機械加工技術中所必需的工具，許多非標刀具槽型複雜，製造難度大、交貨周期長、製造成本高，目前部分刀具製造商已嘗試性的探索使用金屬3D列印技術製造複雜的非標刀，詳見高邁特生產非標刀具的新途徑。

在機床上或生產線上裝夾工件的非標夾具也可以通過3D列印技術進行快速製造，無論是像雄克這樣的專業夾具製造商（詳見3D科學谷市場研究3D列印在刀夾具領域的應用） 還是像沃爾沃發動機廠這樣的製造業用戶都已開始使用3D列印技術來製造夾具，據3D科學谷的市場研究沃爾沃法國發動機工廠使用Stratasys 的3D列印系統製造非標夾具，製造周期縮短了94%，製造成本也顯著降低，3D列印在製造非標夾具領域所帶來的價值將推動更多製造企業使用3D列印的夾具。

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