回忆Wohlers Report 2021:全球3D打印工业潜力无限

发布时间:2022-06-28 18:46:14 来源:bobapp体育下载

  在曩昔10年中,增材制作(3D打印)技能得到了持续开展并稳固了其在私营企业、学术界以及政府部门中的位置。2010-2019年间,增材制作职业阅历了微弱的两位数添加。据Wohlers Report 2021显现,10年间增材制作的年均匀添加率达27.4%。

  关于许多公司的产品开发和制作来说,2020年都是颇有应战性的一年。即便如此,Wohlers公司估量2021年全球增材制作职业的添加幅度将在7%-9%之间。估计到2022年,职业添加将康复到新冠肺炎疫情爆发前的平等水平。

  在新冠肺炎疫情爆发后不久,全球供应链溃散,但增材制作技能的快速反应才干体现不俗。例如,一些安排安排选用3D打印技能出产面罩、口罩、鼻拭子和呼吸机替换零部件。3D打印技能凭仗其灵敏的反应速度,不只改进了医疗情况还抢救了很多生命。

  坐落美国马萨诸塞州沃特敦市的Markforged公司正在履行一项名为DIAMOnD(钻石)项目,其间一部分便是在密歇根州内装置300多台揉捏成型3D打印机。该项目是为了应对新冠肺炎疫情而由Automation Alley创立的,旨在进步制作业的响应速度。Automation Alley是密歇根州一家致力于经过自动化推动经济开展的非盈利安排。Markforged公司构建了一个3D打印机网络,能够根据需求长途发动,出产个人防护配备和其他物资。

  新冠肺炎疫情形成的买卖中止,对许多增材制作服务供给商以及机器、资料、软件出产商形成了晦气的影响。但据职业观察者判别,增材制作职业行将触底反弹,因为疫苗使人们能够安全游览,也给产品开发和出产供给了更好的支撑。关于供给增材制作产品和服务的供货商而言,曾经被压抑的市场需求有或许复苏,给现在正阅历窘境的公司带来起色。

  在曩昔25年的时刻里,3D打印现已开展成为一种吸引人的迭代规划技能,并成功代替了许多公司贵重且耗时的原型制作法。但增材制作技能常会用到一些不同于批量出产的机器和资料。在原型开发和正式制作中,运用相同的机器和资料能够发明利益,这会引发新的考虑办法。

  其间的一个比方是,坐落美国增材制作服务供给商Avid Product Development公司与CGX公司达成了协作。CGX公司制作用于研讨和临床运用的脑电图(EEG)设备。脑电图耳机能够记载大脑的电活动。传统的耳机装置费事,戴起来也不舒服。在CGX,运用增材制作技能出产这样杂乱的设备是个抱负挑选,因为这种耳机每年产值少于1,000件,单件制作本钱相对较高(至少2万美元)。

  为了出产CGX Quick-20r耳机,CGX公司重复开发、测试了许多规划,最终将80个共同的零部件兼并成了30个。这款产品装备了19个“贴片”,内有脑电图传感器,与人的头部触摸以捕捉其大脑活动。运用增材制作技能后,能够将“贴片”自在调整到三个方向。假如不必此技能,需求拼装才干完成这项功用,而现在只需选用数码预拼装和3D打印就能完成。

  坐落美国加利福尼亚州帕洛阿尔托的惠普公司出产的Jet Fusion体系,被用于PA11(尼龙)的产品开发和零部件制作。CGX公司总裁Ira Friedman表明,假如运用注塑成型技能,需求200个独自的零部件才干拼装出体系。并且加工这些零件还需求很多的预付资金。这样看来,增材制作技能确实具有“先天优势”。

  现已证明,3D打印是出产杂乱结构的产品、替换零件、按需制作以及大规模定制产品的抱负挑选。现在,有三家不同的鞋业公司都在致力于该技能的开发。它们是坐落圣地亚哥的FitMyFoot公司,坐落芬代尔市的Superfeet公司,以及坐落澳大利亚温莎的iOrthotics公司。

  这些公司用3D技能扫描顾客的脚来定制鞋垫,选用数字技能调整鞋垫形状,以完成鞋垫与脚的完美贴合。这项技能还适于更大型的运用范畴,比方坐落美国旧金山的Supertrata公司,运用增材制作技能出产合适客户身段及骑行风格的自行车。关于那些天然生成不是规范尺度的顾客来说,3D打印有助于为他们做到更合适自己的产品尺码,添加产品的价值。

  英国伦敦的劳斯莱斯轿车有限公司是宝马集团的一部分,正在为其“幻影”跑车制作金属零部件。大多数金属增材技能的产值都很小,但该公司表明,将为该车型出产数十万个增材制作零部件。2020年6月,宝马集团在德国慕尼黑城外的上施莱斯海姆开设了增材制作园区,迄今已产出超越30万件精细的增材制作零部件。

  在航空航天职业,坐落美国丹佛的Boom Supersonic公司正在运用金属增材制作技能为XB-1超音速飞机制作要害的飞翔零部件。这款飞机零部件很杂乱,产值也很低,所以选用增材制作技能是抱负的。Boom Supersonic公司与Velo3D公司协作,为发动机硬件、环境控制体系、乃至一些结构零部件规划了21个零部件。这些杂乱的零件有必要能够接受极点环境的检测,假如选用传统制作办法,应战很大。

  图1:用于劳斯莱斯“幻影”跑车的量产的金属增材制作零部件。这是《Wohlers Report 2021》中谈到的一项运用。

  图2:CGX Quick-20r脑电图耳机装备了19个“贴片”,内有脑电图传感器,与人的头部触摸以捕捉其大脑活动。运用增材制作技能,能够将“贴片”自在调整到三个方向。

  2020年,坐落美国亚利桑那州凤凰城的霍尼韦尔航空航天公司获得了美国联邦航空局(FAA)认证,它的首个飞翔要害级引擎零部件——达索猎鹰20G海上巡逻机上的ATF3-6涡扇发动机的轴承座——是经过增材制作技能出产的。这种发动机在1960年就开端规划了,现在仍在运用的只要十几台。因为短少可替换的零部件,保护作业具有应战性。增材制作技能正是这款发动机零部件制作的抱负挑选,因为出产难度大,这么低的需求量又令其出产本钱变得极为昂扬。

  坐落美国加利福尼亚州圣何塞市的Sierra涡轮机公司运用增材制作技能制作了一种更高效的微型涡轮机,用于无人机的推动体系。运用增材制作技能后,Sierra涡轮机公司就能以一个零件代替以往需求61个零件拼装的部件,并能在50小时内打印出来。未来,Sierra涡轮机公司期望将此规划扩展到商业客机的运用上。

  金属增材制作技能在燃气涡轮上的运用正变得越来越遍及,因为它使规划更自在,分量更轻,功能更好。运用Velo 3D打印机以Hastelloy X合金打印而成的Aurelius Mk1核心计,大修的间隔时刻添加了40倍,功率添加了10倍。

  坐落卢森堡公国卢森堡市的阿塞洛米塔尔钢铁和矿业公司,与坐落荷兰埃因霍芬市的Additive Industries公司协作,在有客户需求的当地邻近出产零部件。在2017年两家公司协作之前,阿塞洛米塔尔公司只能出产小配件,但现在它能够制作尺度为420mm×420mm×400 mm的零件了。

  在电力和动力范畴,坐落挪威特隆赫姆的SINTEF公司和挪威斯塔万格的Equinor公司协作研发了Weldar,一种适用于零件修补的定向能量堆积体系,可用于海上钻井,因为海水腐蚀会引发停产。该体系选用3D扫描技能有助于现场规划和修理零件,能够减少停机时刻,使得现场库存就能满意零部件的替换需求。

  坐落法国巴黎的通用电气可再生动力公司、坐落丹麦哥本哈根的COBOD公司以及坐落瑞士楚格市的LafargeHolcim公司,协作制作了一个更高的风力涡轮机塔。因为路途约束,大多数商业风力涡轮机塔无法超越100米。有了增材制作技能后,现场制作能够造出超越150米高的商业塔台。更高的塔估计将使动力输出添加30%。这展现了混凝土3D打印技能的潜力或许不只局限于修建墙面。

  图4:通用电气可再生动力公司、COBOD公司以及LafargeHolcim公司一同协作,经过增材制作技能制作了这座风轮机原型塔。

  图5:Nano Dimension公司出产的高功能电子设备是专为增材制作工艺规划的。这种工艺能令高功能电子设备展现更好的功能,并呈现传统电子制作不或许的作用。此处展现的高功能电子设备图是集成电路的三维垂直叠加。

  在曩昔几年中,增材制作职业的出资现已从数百万美元添加到数千万或数亿美元,代表了该职业的立异潜力。坐落美国马里兰州盖瑟斯堡的Xometry公司便是个好比方:它是一家按需出产工业零件的市场导向型公司,自2013年建立以来现已筹措了超越1.93亿美元,包含2020年用于开发公司软件渠道的7500万美元。现在,Xometry公司具有超越5,000个协作伙伴,他们致力于增材制作工艺以及其他制作工艺。

  坐落以色列耐斯兹敖那市的Nano Dimension公司,2021年1月在特拉维夫证券买卖所和纳斯达克上市,融资3.33亿美元。公司出产电子产品,包含印刷电路板,自2020年第四季度以来筹措的资金总额挨近10亿美元。

  2020年12月,坐落马萨诸塞州伯灵顿的桌面金属公司(Desktop Metal)与坐落纽约市的Trine Acquisition公司完成了兼并。兼并后,桌面金属公司进行了初次股票揭露发行,在纽约证券买卖所买卖。作为买卖的一部分,桌面金属公司从Trine以及其他出资者处获得了额定的5.75亿美元。更令人形象深入的是,该公司市值在2021年2月达到了76亿美元。桌面金属公司出售3D打印机的金属零部件以及复合资料零部件。

  除了出资和揭露募股,在这个职业范畴还呈现了几起并购。例如,2021年1月桌面金属公司宣告以3亿美元收买了德国格莱德贝克的EnvisionTEC公司。同月,美国明尼苏达州Maple Plain的Protolabs公司赞同以2.8亿美元收买荷兰阿姆斯特丹的3D hub公司。

  增材制作规划触及一系列技能,能够将增材制作技能在出产运用中的价值最大化。在做运用增材制作技能的商业事例时,增材制作规划的介入很或许带来不同的作用。将增材制作技能成功用于出产范畴的公司们都了解增材制作规划的价值。

  他们了解规划产品时,存在经过运用拓扑优化和晶格结构来加固零部件、减少资料及分量的需求。运用增材制作规划,减少运用支撑资料,能够减少构建及后处理增材制作零部件的时刻和本钱。可是,大多数公司并不了解增材制作规划。

  Wohlers公司进行了许多查询,宣布了一份26年来增材制作职业的研讨陈述。陈述显现,增材制作零部件的预处理和后处理本钱占其总本钱的40%以上。经过增材制作规划的运用以及后处理自动化办法,能够明显下降这些本钱。坐落德国普拉内格的DyeMansion公司以及坐落德国奥格斯堡的Solukon公司,正在开发自动化解决方案,以减少贵重的劳动力人数。

  即便关于大型公司,工业级增材制作的本钱仍是一大压力。据Wohlers 发布的2020职业陈述显现,出产金属零部件的增材制作机器的价格从10万美元到500万美元不等,均匀价格为467,635美元。这样的价格阻止了增材制作机器遍及的速度。

  比较大批量出产,资料价格也是在挑选增材制作技能时有必要考量的一个要素。增材制作资料的本钱是传统制作相似资料的10-100倍。跟着越来越多的公司将增材制作技能投入大规模出产,整体产值将会添加,价格或许会下降。但这或许需求数年的时刻。关于许多运用范畴来说,资料本钱不会阻止他们运用增材制作原型和低量出产。

  用于3D打印的新资料正在不断被商业化,但与传统制作的资料比较,数量依然微乎其微。针对每个增材体系,一般只要少量资料可用,这就使得为某种特定的出产运用选用某种增材制作技能变得更具有应战性。

  3D打印不是一个按一下键就能搞定的技能。关于增材制作在航空航天、轿车、医疗及其他范畴的开展,机器和操作人员能够进行可重复的流程是至关重要的。为了得到广泛运用,有必要战胜这种质量应战,这样各家安排才有或许在世界各地的机器上产出相同的零部件。