2023年12月，3Dprint采訪了幾位增材制造行業運營商、領導者和先驅者，他們闡述了增材制造在2024年將會遇到的機遇，確定了從技術集成到新材料和智能工廠的幾個關鍵領域。許多人都認為人工智能將在推進增材制造方面發揮巨大作用，以下是ChatGPT給出的AM的關鍵趨勢，這些趨勢可能會在新的一年中持續下去，同時它也非常清楚地表明，人工智能本身只能幫助我們進行一般觀察，還沒有任何人工智能可以取代人類專家分析。

以下是 Chat GPT 認為增材制造行業最可能在2024年持續的趨勢：

 

●采用率不斷提高：增材制造一直在穩步增長，其在航空航天、醫療保健、汽車和消費品等各個領域的采用可能會繼續增加。

 

●材料的進步：研究人員和公司正在不斷開發用于3D打印的新材料，這可以擴大應用范圍并提高打印物體的質量。

 

●更大、更快的打印機：隨著技術的進步，3D 打印機可能會變得更大、更快、更高效，從而可以在更短的時間內生產更大、更復雜的零件。

 

●可持續性：可持續性是制造業日益受到關注的問題，增材制造行業可能會越來越關注環保材料和工藝，這包括回收或生物基材料的發展。

 

●定制和個性化：3D 打印的優勢之一是能夠創建定制和個性化產品。到 2024 年，會看到更廣泛的行業利用這種能力來滿足個人客戶的需求。

 

●監管變化：政府和監管機構可能會針對增材制造引入新的法規或標準，特別是在安全和質量至關重要的醫療保健和航空航天等領域。

 

●與其他技術的集成：增材制造可能會繼續與人工智能、增強現實和區塊鏈等其他新興技術集成，以改進設計、監控和供應鏈管理。

 

 

智慧工廠邁向生產之路

 

增材制造行業的利益相關者可以對增材制造的未來提供更詳細的評估。大多數展望都集中在工廠車間將如何隨著增材制造采用的增加而發生變化。Xometry表示，人工智能是制造業現代化的關鍵，制造業首席執行官表示，人工智能將在未來一到兩年內在他們的公司中發揮重要作用。在已經實施人工智能的首席執行官中，超過70%的人在供應鏈管理、質量控制和采購等關鍵領域看到了顯著的投資回報率。

 

 

●但無論是否人工智能，這一切都從工廠車間開始。Markforged戰略應用工程高級經理Tripp Burd說道：“在制造業中，經常被忽視的核心是工廠車間，復雜的流程在這里展開，使消費品完美地呈現在大眾面前，先進技術的引入強調了該領域對創新的迫切需求。隨著消費者需求的增加和供應鏈中斷的持續存在，工廠車間成為解決方案的紐帶，這些解決方案不僅可以滿足不斷增長的需求，還可以應對頻繁中斷帶來的挑戰。”

 

 

“集成的硬件和軟件將成為推動工廠車間恢復能力的證明。通過使制造商和原始設備制造商能夠按需生產精密組件并減少對傳統制造方法的依賴，這些尖端解決方案將成為應對更廣泛供應鏈中的延誤和挑戰的重要工具。這些創新方法在工廠車間的融合對于確保生產效率和當今快速變化的工業格局所需的適應性至關重要。”

 

●3D Systems首席執行官Jeffrey A Graves同意“增材制造加速創新的能力將在消費品領域發揮關鍵作用”這一觀點。他表示：“隨著進入門檻的降低，增材制造作為生產技術的采用不斷加速。這在耐用消費品行業中變得越來越明顯，增材制造曾經被視為原型制作的推動者，這可以縮短產品開發時間。隨著我們進入 2024 年，我預計許多消費品制造商將繼續將增材制造集成到許多應用的生產工作流程中，特別是在電子行業。消費者不斷尋求最新的技術來幫助他們溝通和管理個人生活。增材制造能夠加快企業創新的步伐，不僅能夠縮短產品開發時間，而且能夠推動產品的開發，為消費者提供前所未有的能力。“

 

Graves預計，在各個行業中，增材制造在生產應用中的集成將繼續在幫助減輕供應鏈中斷方面取得重要進展。他總結道：“行業領先的制造商不斷意識到，增材制造使他們能夠通過本地制造來控制供應鏈。這反過來又有助于通過減少供應商數量和消除昂貴的物流提供商跨地區運輸組件的需要來降低成本。這還有可能通過最大限度地減少制造商的碳足跡來對環境產生積極影響。”

 

●對于Materialise首席技術官 Bart Van der Schueren來說，制造商之間的 3D 打印生產之路將存在分歧。該公司期望根據客戶的需求，兩種明確定義的路徑共存。第一種更傳統的與服務機構合作進行快速、經濟高效的打印的模式將通過原型和其他一次性零件的生產繼續蓬勃發展。

 

然而，隨著3D打印在生產中的使用不斷增加，可能會有更多制造商轉向在內部引入 3D打印知識來大規模生產最終用途零件。如果制造商能夠彌合知識差距，第二條途徑將幫助創新者進行增材制造設計并針對其特定應用優化獨特的3D打印工藝。

 

●Protolabs意大利國家經理 Matteo Carola更具體地探討了人工智能、5G 和物聯網等技術將在 2024 年發揮越來越大的作用。他解釋道：“隨著人工智能、5G、物聯網 (IoT)、數據分析和云計算的發展，將帶來降低成本、提高產品質量、增強安全性和可持續性等優勢。2023 年是 3D 打印機安裝量創紀錄的一年，市場將受益于人工智能帶來的效率、速度和可訪問性。原型制作仍然是 3D 打印的主要應用，但我們看到最終用途零件的產量不斷增加，尤其是金屬增材制造 (AM)，這意味著它將作為一種成熟的生產方法繼續發展。”

 

Carola 指出：”人工智能的應用預計將進一步改進，能夠在錯誤發生之前檢測和糾正錯誤，節省時間并提高安全性。像 ChatGPT 這樣的特定程序通過語音命令簡化了設計過程，而不需要編碼來對項目的幾何復雜性進行編程。“然而，人工智能和增材制造預計不會奪走工作崗位。建筑3D打印公司Mighty Buildings的首席執行官Scott Gebicke表示，“我們還不會看到人工智能影響現場或工廠的工作。人工智能工具的集成將側重于提高效率、安全性和決策流程，補充現場和工廠工人的技能。”

 

早在COVID-19爆發之前，制造業就處于勞動力危機中。根據美國勞工統計局的數據，疫情四年后，制造業就業市場有所改善，仍有超過60萬個制造業崗位短缺等待填補。隨著美國制造業變得更加高科技，首席執行官們仍然擔心吸引高技能人才。根據 Xometry 的研究，超過一半 (56%) 的首席執行官表示，他們在當今緊張的勞動力市場中很難找到合格的員工。

 

共享、分布式和可持續的經濟

 

根據Xometry的調查，回流趨勢將繼續呈上升趨勢，到2023年，76% 的制造業首席執行官已成功將其部分或全部業務回流。

 

 

●Markforged 首席執行官 Shai Terem表示：“制造業與共享經濟的交叉將重新定義傳統生產模式，并以點對點模式重塑工業格局。擁有庫存零件的設施是其他原始設備制造商使用的理想資源。保持大量的實物庫存會占用可能多年未動的部分的資金。”

 

將零件轉變為協作生產中心的能力將為分布式制造的未來鋪平道路。這涉及將 3D 打印與數字化平臺集成，允許在需要的時間和地點上傳和打印零件，而無需提前制造、運輸和存儲直到需要為止。

 

Terem 得出的結論是，結果將是從大規模生產轉向更加個性化、按需制造和端到端過程控制的交付。他認為，在制造商多年來因疫情和供應鏈中斷而感到分裂之后，共享經濟市場中制造業的未來將創建一個更加可持續和互聯的生態系統。

 

●Replique聯合創始人兼首席運營官 Henrike Wonneberger認為， 2024 年將是減少資本占用以保持競爭力的一年。“公司必須分析效率低下的流程，這涉及對低效流程進行嚴格分析，重點關注最大限度地降低存儲成本，而存儲成本通常占零件總成本的 20%。發展到具有按需制造的數字倉庫可能是一個巨大的機會。這消除了大量實物庫存的必要性，確保企業能夠快速有效地適應經濟波動。”

 

Wonneberger 繼續說道：“使公司能夠通過互聯的生產網絡進行分散生產，就在需要零件時，沒有最低訂購數量。這種方法可以帶來更高的靈活性和成本效率，以及更可持續的供應鏈。該平臺的成功取決于其滿足行業標準，不僅強調數據安全性，而且最重要的是數據完整性。無論零件的生產地點如何，統一的零件質量將是一個關鍵考慮因素。”

 

盡可能靠近使用點制造產品具有多種優勢。首先，它通過避免零件和產品的長途運輸來滿足更大可持續性的需求，并幫助組織管理供應鏈的不確定性。雖然由于資源、專業知識和供應的原因并不總是可行，但與當地設施或供應商合作可以使公司更加靈活，能夠更靈活地響應不斷變化的客戶需求和市場趨勢。

 

●Protolabs 的馬特·卡羅拉 (Matt Carola)認為，制造商將越來越多地采用混合方法，既涉及集中式設施，又涉及更多本地設施的網絡，以滿足他們的需求。

 

 

垂直整合也正在成為克服供應鏈挑戰的一種方式，特別是在航空航天領域。組織希望更好地控制供應鏈的質量和能力水平，特別是對于氫等新興技術。這兩種選擇都意味著公司希望確定能源來源、職業道德以及回收和廢物處理標準。

 

這就引出了制造業可持續發展的話題。許多公司越來越關注凈零排放的未來，并采取積極行動來限制整個工業供應鏈的溫室氣體排放。根據前面提到的Xometry調查，52% 的首席執行官認為氣候變化是人類活動造成的生存威脅。預計，到 2024 年，公司將實現將可持續發展作為業務目標，加大對測量和跟蹤工具的投資，以優先考慮其運營的脫碳。

 

●Mighty Buildings首席執行官 Scott Gebicke提出了他對快速增長的建筑 3D 打印領域的看法。考慮到普遍關注的問題，他預計，隨著極端天氣事件的頻率增加，節約用水和隱含碳將成為可持續發展對話的中心議題。近年來，能源效率一直是對話、法規和激勵措施的焦點——他說——然而，隱含碳（我們用來建造的材料）和節水的影響正變得越來越明顯，我們預計會出現激增旨在促進節水和可持續材料的金融、保險和監管激勵措施。2023 年的重大立法行動開創了先例：佛羅里達州為灰水系統引入了大量稅收抵免（根據法規 220.199）；亞利桑那州對缺乏充足地下水的地區的新建筑許可證實施了限制；歐洲要求大公司進行更嚴格的排放報告。

 

回到工業制造領域，Protolabs 的 Matteo Carola 認為可持續發展仍然是制造業的首要任務，無論是組織的流程還是他們創造的產品。他表示：“航空航天、汽車和能源等行業都有立法目標需要實現，例如到 2050 年實現凈零排放，因此他們的大部分產品開發都集中在脫碳和超高效技術的結合上。我們對 450 名制造業高管的研究表明，可持續發展是創新的關鍵驅動力，也是制造商開發新產品的根本原因。數字化制造發揮著重要作用，因為它可以實現本地化生產并減少浪費。”

 

2024 年應用增材制造的主要行業

2024 年，更智能、更分布式、更可持續的增材制造工廠將用于生產什么？3D Systems工業解決方案執行副總裁 Reji Puthenveetil認為，增材制造已經展示了其為各種工業應用改變制造工作流程的能力。“我們繼續看到鑄造和航空航天以及石油和天然氣領域的進步。然而，當我們進入 2024 年時，我相信我們將看到增材制造在半導體和耐用消費品這兩個行業中發揮越來越重要的作用。半導體光刻和晶圓加工設備需要不斷創新，以滿足日益復雜的微芯片生產對精度、速度、可靠性和生產力的要求。此外，對提高質量、改善總體擁有成本、縮短上市時間以及最大限度地減少供應鏈中斷的持續需求仍然存在。”

 

除其他關鍵發展外，雖然汽車行業已為 2024 年的增長和創新做好了準備，但電動汽車制造商在電動汽車方面可能會放慢腳步。Xometry的汽車調查發現，84% 的汽車業高管表示，當前的生產時間表和消費者需求的減弱可能會使該行業難以實現拜登政府未來一年的目標。調查顯示，汽車高管最關心的是電池創新、充電器兼容性和消費者采用速度放緩。

 

根據Protolabs《2023年機器人生產狀況報告》，軟體機器人和新材料將對未來五年機器人生產的發展影響最大。軟機器人技術，例如使機器人能夠執行更多物流任務的夾具，預計在 2022 年至 2027 年間將實現 35.1% 的復合年增長率，為生物醫學、食品和農業帶來好處。新材料和新技術的使用需要多次迭代進行測試和完善，這就是為什么數字制造成為加快開發周期的關鍵要素。Protolabs Matteo Carola預計建模系統中將出現新材料的熱潮，這一過程被稱為 4D 打印。通過使用對熱、光、濕度、電流或壓力等外部元素做出反應的反應材料，4D 打印的物體可以改變形狀或屬性。例如，在航空航天工業中，4D 打印的無人機機翼可以響應刺激而彎曲高達 20 度，從而顯著提高效率。在醫療技術領域，4D 打印植入物可以隨著時間的推移適應患者的身體。智能織物可以根據濕度和隨溫度波動而膨脹或收縮的液壓系統組件來調節其透氣性。

 

從更短期來看，Materialise 首席技術官 Bart Van der Schueren 預計中端打印機技術的崛起將在來年吸引新的客戶群。雖然傳統上機器產品要么屬于業余愛好者，要么屬于工業類別，但經過調整，在這兩者之間的應用范圍中表現出色的中檔打印機可以為 3D 打印零件（例如汽車行業的工具和夾具）將打開新的大門。

 

展望 2024 年，Replique 的 Henrike Wonneberger 預計增材制造行業將迎來增長和成熟。公司對 3D 打印重要性的認識不斷增強，現在是時候從最初的設計階段開始，將其無縫集成為中小批量系列的主要生產方法。他補充道：“在現有的服務提供商中，市場整合的趨勢很明顯。集中式平臺預計將發揮關鍵作用，為公司提供各種服務的統一界面，解決行業碎片化的挑戰。這種去中心化的舉措不僅是為了可擴展性，也是為了建立一個更加協作、透明和高效的供應鏈。”