隨著技術(shù)的進步，3D打印行業(yè)經(jīng)歷了一段時間的緩慢發(fā)展，最終實現(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、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。(對于前后背景，全球制造業(yè)的整體收入總計每年約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)。 而其它研究機構(gòu)對3D打印的預(yù)測更為明朗，IDC預(yù)計2019年起全球支出將超過140億美元，比2018增長23.2%，在預(yù)計2022年將達到230億美元。研究人員稱3D打印機和材料支出占全球市場總額的三分之二，在2022年達到78億美元和80億美元，2022年的服務(wù)支出將達到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，3D打印相關(guān)軟件的銷售額將比整個市場增長緩慢，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54億美元，其次是西歐40億美元。這兩個區(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，可能是因為多個行業(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。如今的3D打印機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)。源源不斷的新進入者正在擴大市場。 3D打印被認為是工業(yè)4.0中的“必不可少的部分”。先進的生產(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”。 還有其他報告提供了該行業(yè)的歷史、當前和預(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，我們的歷史和當前數(shù)據(jù)都是從公開來源、經(jīng)審計的財務(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;對于其中一些公司，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，以及第一個消費者家用3D打印機 RepRap3問世)。新聞報道興奮地談到“每個家庭都將成為一個工廠”，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)都會受到嚴重破壞。實際上，當時3D打印機主要用于制作塑料原型，雖然家用3D打印機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)歷了個位數(shù)左右的百分比增長(盡管一些公司確實看到同比收入下降)，在經(jīng)歷了前幾年過高的期望后，進入了預(yù)期下降的低谷。然而，這是一個淺谷，到2017年，增長再次加速。今天，我們預(yù)測未來幾年的行業(yè)年增長率將遠遠超過10%。 為何增長前景會反彈?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，但仍然遠遠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，當時的3D打印機并不適合這項任務(wù)。快進到2019年初，潛在的3D可打印材料清單已擴大到五年前的兩倍以上，混合材料打印機正變得越來越普遍。 在這方面，最大的轉(zhuǎn)變往往是從塑料轉(zhuǎn)向金屬打印。塑料適用于原型機和某些最終零件，但價值數(shù)萬億美元的金屬部件制造市場是3D打印機更重要的市場。從2017年到2018年，3D打印行業(yè)的一項調(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。 另一個因素是速度。一次(用任何材料)制造一個超薄層是一個固有的緩慢過程。但自2014年以來，情況發(fā)生了變化。盡管打印時間會因形狀的復(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打印機的速度是2014年的兩倍，其他條件相同。 一個特別有趣的創(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)每個零件所需的時間縮短一半，準備在2019年推出。盡管粘合劑噴射技術(shù)使得實際的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)烘烤后進行后處理，直到金屬粉末熔化為止。不過，雖然燒結(jié)需要時間，但可以集中進行，所以大量零件的平均每件時間仍然比SLS快。) 3D打印機不僅變得更快，而且它們的構(gòu)建體積 - 可打印對象的大小 – 也正在增長。幾年前，一臺典型的高端金屬打印機只能制造一個小于10 x 10 x 10厘米的物體。但在2019年，可適用多種打印機，構(gòu)建體積為30 x 30 x 30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，在橡樹嶺國家實驗室等實驗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，一些大公司正在進入3D打印市場，驗證空間并推動整個行業(yè)更快地進行創(chuàng)新。這些大型公司帶來了研究投資、信譽、龐大的客戶基礎(chǔ)和營銷力量，幸運的是，對于行業(yè)的增長，他們通常會擴大整體市場，而不是從現(xiàn)有的競爭者那里搶走銷量。這些財富500強公司從3D打印中獲得的收入對他們來說并不重要，對于一家價值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，這些大公司進入3D打印對于產(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打印是否會百分之百成為制造市場? 隨著近年來的所有改進，人們可能會問到為什么3D打印每年僅“增長”12%左右。如果3D打印機現(xiàn)在在制造最終部件方面如此有用，那么增長為什么不會更高呢?3D打印會成為制造東西的唯一方式嗎?簡而言之，沒有。但要了解原因，值得探討如何更細致地制造零件。基本上有三種方法可以一個零件：獲取所需材料的數(shù)量，并根據(jù)需要進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世紀;它們是眾所周知的，在每個零件的基礎(chǔ)上相對便宜，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，需要進一步加工以進行精加工，這可能需要幾秒鐘到幾小時)。截至2018年，以這種方式運轉(zhuǎn)的機器每年價值3000億美元，其中7臺每年生產(chǎn)價值超過一萬億美元的零件。作為一個成熟的行業(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，它也可以通過計算機數(shù)控(CNC)機器來執(zhí)行，這些機器正變得幾乎無處不在。使用CNC機器制作物體的成本比上述技術(shù)高，每個部件需要幾分鐘而不是幾秒鐘(不包括完成時間)。然而，基于數(shù)控機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)控機床市場每年增長約7%，約為傳統(tǒng)制造業(yè)的兩倍;預(yù)計到2025年將達到1000億美元，高于2018年的約600億美元 增材制造--3D打印 - 每個部件的成本仍然比使用CNC機器更昂貴(使其比傳統(tǒng)制造成本高得多)，并且每個部件需要數(shù)小時而不是幾分鐘(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。這些市場推動了我們預(yù)測3D打印的一些增長。另一個增長動力是3D打印通常對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打印機并不總是適合這項工作的工具，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)控機床將占很小的比例，3D打印的比例甚至更小。但是，即使是價值數(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)就價值1萬億美元)的1%，仍然是一個巨大的機會。 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機床和3D打印機制造的物品往往比傳統(tǒng)制造的物品價值高得多，因此通過更先進的技術(shù)制造的零件的美元價值將高于單位百分比所顯示的價值。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，價格低廉，而3D打印部件的價值可能高達數(shù)百甚至數(shù)千美元。 3D打印機不可能取代傳統(tǒng)制造技術(shù)這一事實非常重要。如果制造商不得不拋棄所有舊機器并切換到完全3D打印的世界，那將是一項艱巨的任務(wù)，但在這個過程的最后，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。 但這可能不會發(fā)生。相反，公司和行業(yè)將始終不得不應(yīng)對混合制造業(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(這實際上是一項相當重要的技術(shù)，大大擴展了市場)。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 在當今日益復(fù)雜的生產(chǎn)和維護環(huán)境中，越來越多的組織通過尋求3D打印來應(yīng)對供應(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?當然，沒有一個答案。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打印對其業(yè)務(wù)所代表的機遇和/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)實的雄心)。在此之后，公司應(yīng)確定是否繼續(xù)實現(xiàn)目標，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)該評估其流程和資產(chǎn)的當前狀態(tài)，然后制定路線圖以隨著時間的推移進行擴展。 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)動的事件?！皵?shù)字線”是一條從最初設(shè)計到成品的無縫數(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打印的五個主要建議是： 評估工具和技術(shù)的當前狀態(tài)。對一個制造資源的當前狀態(tài)進行盤點，可以使公司識別任何痛點，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：產(chǎn)品開發(fā)，供應(yīng)鏈優(yōu)化或兩者兼而有之。一旦制造商評估了他們當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)：重點應(yīng)放在推動業(yè)務(wù)成果上，而不僅僅是建立能力。 考慮當前的數(shù)據(jù)存儲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。為實現(xiàn)這一目標，組織需要一個包含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)绾卧诋斍暗闹圃鞂嵺`中收集、存儲和使用數(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，但這些活動可能需要由貫穿整個制造過程的數(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)該檢查實施DTAM和擴展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打印終于達到了比大多數(shù)其他制造技術(shù)更持續(xù)增長的時期。 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，迅速擴展”。“未來幾年，3D打印可能會在從機器人到火箭飛船的各種制造業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用?！睂χ圃鞓I(yè)以外的行業(yè)的連鎖反應(yīng)可能是深遠的。
來源：前瞻網(wǎng)
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