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3D增材制造即將實現產業化，超越粉末床

2022-02-14

金屬3D打印技術正在進入一個嶄新的階段，而傳統的打印技術受于成本限制，新型增材概念正在動搖整個金屬3D打印市場，在現有的技術模式之下，如何積極參與技術路線，維護與創造新的成本控制技術，優化并完善新的增材制造解決方案和結構化模塊，取得新時代的3D打印發展的主導地位，成為企業發展重中之重的內容。

新機遇帶來復雜性金屬3D打印或增材制造市場正在發展，制造業企業需要對此做出相應的舉措。過去，增材制造是一種制作原型昂貴的小眾技術，而如今對于某些大規模生產應用而言，增材制造的價格正變得更為企業所接受。這一突破不僅得益于激光粉末床熔化領域的發展，其是一種在金屬應用領域已經較為成熟的技術；還得益于替代性增材技術的發展，例如直接能量沉積、粘合劑噴射、金屬噴射與金屬擠制等。這些更新的技術正在刺激市場，人們普遍認為這些技術有望降低增材制造的成本。隨著這些技術的工業應用不再局限于燃氣渦輪燃機、衛星電機與定制假肢等高精尖零件的生產制造，增材制造也越來越普及。能夠受益于增材制造設計自由、小批量集約化生產等特點的領域也在不斷擴大。

但這里就有一個問題。從項目經驗中我們得知，許多企業都在努力挖掘增材制造的新潛力。但其中太多企業都在采取一種觀望態度。一些相較活躍的企業通常也只關注激光粉末床熔化和電子束粉末床熔化，偶爾關注直接能量沉積。它們甚至忽略了需要三至五年，甚至更長的時間來精心設計整體生產技術戰略的需求。為何這么多企業躊躇不前？我們不難得出答案。是的，新技術固然帶來了新機遇，但也使局面變得愈加復雜。新企業攜最新技術進入市場，企業越來越難以保證掌握最先進的技術，也越來越難以將有時過熱的營銷宣傳與新技術的真正能力區分開來。那么，企業應該對此做些什么？我們認為，所有的企業都需要掌握市場動態，制定適當的戰略。接下來，我將詳細地研究激光粉末床熔化技術，了解其在零件性能、產量大小與成本等方面的表現，以及將來如何發展變化。然后，我們再轉而研究替代技術，概述替代技術的作用和在相同領域的表現。最后，為了幫助躊躇不前的企業向前發展，我們提出了一個四步走流程的建議，供企業用來制定全面的路線圖，作為其未來技術戰略的基礎。

激光粉末床熔化——零件成本不會下降到現價的十分之一說到金屬零件的增材制造，我們首先會想到激光粉末床熔化。激光粉末床熔化一直是金屬零件增材制造的核心，在工業上廣泛應用。金屬零件的增材制造體系由德國率先開發，目前市場仍由三家德國公司主導：EOS, SLM Solutions和Concept Laser。自從Concept Laser 被通用電氣收購以來，已經成為了GE Additive的一部分。激光粉末床熔化在制造高性能的小批量形狀復雜的工業生產中較為常見，典型的例子包括原型產品、用以航空航天和競賽中的輕量化零件，或是種植牙等定制化產品等，這些都屬于小眾化的應用。激光粉末床熔化主要用于制造相對較小的零件，對于這些較小的零件，小型的成型包膜就已足夠。批量大小則在很大程度上取決于具體的應用，通常從單一零件，如功能性原型或定制假體，到幾百個零件的應用。由于設備技術較為復雜，激光粉末床熔化一直以來成本較高。

毫無疑問，激光粉末床熔化的成本將會繼續下降。但在接下來的三至五年中，現有訂單的成本不會大幅下降。圖C顯示了激光粉末床熔化技術從2014至2020年間的成本變化軌跡，明確與熔模鑄造加工等中等至大批量應用的傳統制造相比，激光粉末床熔化的成本需要在多大程度上得以降低。短期內，零件成本預計不會出現突破性的下降。

就目前而言廣泛應用于金屬3D打印市場中的產業都具有一定規模的高產值或尖創技術，盡管金屬3D打印技術在精密工程、原型制造、航空航天、渦輪引擎等產業中發揮著重要的作用，但是本身高成本的生產制造費用成為其發展的最大制約因素，伴隨著新的激光粉末床熔化技術，將有望將金屬3d打印零件費用控制在一個可以接受的范圍之內

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