而从商业层面，降低成本、新工艺和更多的研发投入是2018年3D打印（增材制造市场）增长的关键驱动力。随着自动化程度的提高，材料的扩大，体素的控制以及软件的改进也都会对2018年的3D打印市场发挥积极作用。本期，3D科学谷与谷友一起来看有关2018年3D打印领域五大值得重视的发展趋势。

并购趋势

兼并和收购将在增材制造的未来发挥重要作用。具体而言，通过收购的方式以确保获取供应链的竞争优势将变得越来越重要。包括那些对金属粉末制造商的兼并举动，随着市场竞争的升级，那些在上下游供应链跑马圈地的企业将获取引领市场的机会。更多信息请参阅3D科学谷发布的《GE的14亿美金天价收购的背后、影响及3D行业机遇》《3D打印，GE放弃SLM而收购Concept Laser,谁赢了？》

虽然这些资本横扫一切的举动将或使中小企业的生存变得更加困难，不过这些企业之间的合作关系将会升级为新的可能性。这将简化从材料到成品的流程，使其更具成本效益，提升效率，带来从订购到生产的新自动化水平。

自动化

机器人单元的自动化趋势贯穿了2017年全年，这一趋势将在2018年得到加强。Formlabs推出了带机械手的3D打印智能管理系统Form Cell, Form Cell可以全天不间断运行，节约人力成本，并且 Form Cell的软件管理系统具备错误监测和远程监控等功能，这使得批量生产更流畅。

图片来源：Formlabs

3D Systems发布了Figure 4 SLA 3D打印平台，这些自动化单元可以连续打印，Figure 4系统是一个模块化、可扩展的平台，可以生产小型塑料部件。与现有的生产工艺相比，其生产能力提高了15倍，成本降低了20%。Figure 4结合了“高速数字成型”——一种加快并简化塑料零件生产的3D打印工艺，并配有四个不同的版本：生产型，一个集成后处理和自动化物料传送的可扩展的自动化系统；模块型，一个包含了自动化材料处理和集中后处理的可升级且价格实惠的系统；独立型，一个适用于小批量生产和制造快速功能原型的工业级单引擎解决方案；牙科专用型，一款专门针对牙科生产，原型设计和失蜡铸造的配有集中后处理功能的单引擎3D打印机。所有这些系统都绑定了3D Systems的3D Sprint和3D Connect软件。 3D Sprint可以协助处理3D打印准备事宜，而3D Connect则是一款新型云解决方案，可为生产环境提供前瞻性和预测性的相关服务。

通过自动化，客户可以从可重复和持续的3D打印中获得时间和成本优势。这些都进一步强化了3D打印在缩短设计迭代周期和实现复杂产品制造方面的优势。

图片来源：Stratasys

自动化在3D打印领域的实现是多维度的，一个维度是我们通常所熟悉的自动化，也就是上述的自动化产线这些硬软件层面的实现。另一个维度是自动化订单实现，包括Xometry（2017年获得包括GE在内的2300万美金的投资）、Maketime等在线平台都提供自动匹配3D打印订单与3D打印服务商之间的交易服务。而根据3D科学谷的市场研究，西门子和达索也十分重视Market Place这样的自动化订单匹配平台。

这些自动匹配订单的Market Place成为3D打印在自动化方面另外一个维度的发展趋势，设计人员只需要上传文件，无需担忧如何寻找供应商和如何控制质量的问题。更多信息，请参考3D科学谷发布的《3D打印的热才刚开始! 西门子宣布2018年推出按需制造市场平台》，《算法与机器学习使互联网工业制造成为趋势》

数据线程和数字双胞胎

波音公司在将3D打印技术用于787梦想飞机的开发工作时，开始了一些相关的过程中质量控制工作。一个小的孔隙可能会导致大的裂纹的产生，整个航空航天制造领域对产品质量的严苛要求将3D打印技术不断推向更为严谨的制造工艺控制水平。质量控制软件可以跟踪加工过程，并使得质量问题可追溯化。

仿真在质量控制方面也发挥着积极的作用，拿2017年被Ansys收购的增材制造仿真软件3DSIM来说，软件需要预测在粉末的特性对产品性能的影响，并确定哪些零件需要严格控制粉末以达到最高性能。严格的规格要求更精确的材料测试，这增加了制造商的成本，越严格的要求对应着越昂贵的测试成本，通过仿真对材料属性在增材制造过程中发挥的作用，减少昂贵材料的浪费，以及避免试验不通过的材料情况发生。

不仅如此，硬软件的结合也成为一种仿真趋势，增材制造仿真的专业公司3DSIM已经与Sigma Labs合作开发了一个名为FLEX™软件，该软件模拟热传感器对金属增材制造工艺的响应，提前避免可能发生的错误，FLEX™全部商业版本计划于2018年初发布。FLEX™是增材制造数字线程中的关键部分，FLEX™用户可以运行一个模拟软件，预测他们3D打印设备中的高速非接触式高温计将“看到”什么，就像二维打印文字处理软件的“打印预览”功能一样。

增材制造数字线程包括设计信息、材料、工艺、加工以及测试信息。根据数字线程所记录的信息，科学家们希望利用这些大数据来建立相关的数学模型，以进行有效的变量的相关性分析，从而提高对零件质量和加工稳定性的控制。在这方面，美国国家标准与技术研究所（NIST）与田纳西理工大学（TTU）还提出了关于增材制造数字线程的逻辑地图。

为了更加一致的质量稳定性，GE将人工智能技术运用到3D打印过程中来。人工智能允许在加工过程中检测任何会影响到质量的因素，使得操作人员能够确保进行适当的调整，从而减少质量缺陷的发生，避免材料的浪费。最终目标是获得完美的100％的质量控制结果。没有浪费的材料和没有失败的3D打印，这往往是一个遥不可及的梦想。然而，通过机器学习，一个更智能的系统正在逼近目标，并且通过数字双胞胎，创建一个模拟的仿真模型，使得加工过程更加可预测。

在今天，关于过程中质量控制的努力在全世界范围内的科研机构展开。美国伊利诺斯州阿贡国家实验室也在2017年首次揭示了在3D打印金属生产过程中微观缺陷是如何产生的。该研究利用APS（美国主要的硬核（短波）X射线源来对增材制造过程进行成像。像这样的研究将提供更准确的在线检查数据，反过来，将通过提高制造过程的可靠性来推动增材制造市场的发展。

体素控制

虽然检查零件的质量，每一个影响质量的因素都是重要的，但内外兼修是3D打印产品的发展方向。不但好用-尤其是金属3D打印领域，还要好看-尤其是塑料3D打印领域。

根据3D科学谷的市场研究，2015年，来自德国Fraunhofer计算机图形研究所的研究人员Alan Brunton及其同事发表了一篇题为《推进3D彩色打印的边界：误差扩散与半透明材质（Pushing the Limits of 3-D Color Printing: Error Diffusion with Translucent Materials）》的论文，描述了一种能够生成高度清晰和相当准确的彩色3D打印对象的算法过程，根据这种算法3D打印出来的对象相当的逼真。这项研究专注于“体素化”的喷墨三维打印。类似于二维图片的像素由一个点所蕴含的颜色来计算，可以将其理解为由单个喷墨液滴来表示的一个3D像素。可以理解为这些研究人员创造的这种算法能够使一台3D打印机直接使用一种分层半色调方法控制每个体素的颜色和材质。所谓的半色调，是利用网点来模型一个对象的连续色调变化。

2017年，Stratasys率先推出了体素级别的3D打印解决方案，其Polyjet系列的J750将多材料和高精度多色彩3D打印推向了一个全新的水平。随后惠普宣布将在2018年推出全彩3D打印系统能实现体素级别的分辨精度，从而实现快速制造。其他方面包括XYZ Printing的da Vinci彩色3D打印以及Mcor都纷纷达到了前所未有的色彩分辨率水平。

金属3D打印技术分化

市场研究机构IDTechEx预测全球3D打印金属市场到2028年将达到120亿美元。根据3D科学谷的市场研究，2017年上半年金属3D打印行业销量最高的公司EOS达到了1亿多美金销售收入，EOS比其同期增长了8%。所以从今天的市场情况来看，2028年达到120亿美元的确是个飞跃般的增长。

当然金属3D打印技术在2017年出现了明显的分化，以粉末床激光熔融技术为代表的直接金属3D打印与以粘结剂喷射技术为代表的间接金属3D打印形成了各有千秋的特点。

原本并不引人注目的粘结剂喷射技术以Desktop Metal在2017年D轮1.15亿美元迅速成为3D打印行业独角兽而成为关注热点。

或许间接金属3D打印技术在2017年只是“小菏才露尖尖角”，因为在Desktip Metal成为独角兽的不久，惠普宣布将在2018年推出喷墨金属3D打印技术，而GE则于2017年12月对外公布了一台基于粘结剂喷射工艺的原型3D打印设备，其构建体积为：300 x 300 x 350 mm 。仍有一款构建体积为原型设备2-3倍的设备目前正在研发中。这些大型企业的进入，将进一步加速间接金属3D打印技术在应用端的转化速度。

2017年的3D打印市场无疑让人感到前所未有的纷乱复杂，也只有精明的玩家才能在增材制造业中占有一席之地。3D科学谷将推出一系列的文章为谷友解析这个行业正在走向何方？

2017年12月31日，将由3D科学谷创始人亲自解析2017年3D打印市场回顾：行业格局突变与机遇，敬请关注。

本期参考资料：Techforecast

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当GE的增材制造负责人Mohammad Ehteshami谈到3D打印时，他用“顿悟”来形容3D打印带来的冲击感。他意识到增材制造将颠覆公司当前的设计和制造方式，这既让人感到兴奋，但也感到不安。3D打印开启了航空航天制造领域的全新潜力，但是这项技术也可以消除GE积累了多年的传统加工领域的宝贵经验，新的起跑线上，这项技术将给GE的财务模式带来很大的压力。

不仅仅是GE这样的大型公司需要对改变做出充分的准备。面向2018年，Gartner预测3D打印将在众多应用领域改变当前的商业模式。研究突出显示了三个行业：医疗设备、航空航天、消费品。

 预测：到2021年，75％的新型商用和军用飞机将搭载3D打印引擎、机身和其他部件。

航空航天业是第一批采用3D打印的行业之一，虽然原型制造仍然是所有行业3D打印的主要应用范畴，但航空航天领域已经积极地将3D打印的应用推向模具、夹具和零件生产方面。例如经过20多年的经验积累，波音公司在四个国家的20个地点进行了增材制造，在商业和国防项目中，有超过5万个3D打印部件正在飞行。(视频：GE工程师讲述3D打印带来的改变)

GE航空新型先进涡轮螺旋桨发动机设计将855个常规制造零件减少至12个3D打印零件，并且功率增加10％，节省20％的燃料，缩短开发周期并降低设计成本。

图：GE航空公司的先进涡轮螺旋桨发动机

 预测：到2021年，25％的外科医生将在手术前在患者的3D打印模型上进行练习。

医院和专业实验室提高了集成医疗成像、CAD建模和3D打印工作流程，医院在不断的提高3D打印硬件、软件和服务的投资。Gartner估计近3％的大型医院和医学研究机构已经具备了在内部的3D打印实力。

在这方面，GE医疗在探索是否能将CT扫描数据快速直接完成建模过程，并直接传送到3D打印机，从而切断中间手工转换的几个阶段。详情请参考3D科学谷发表的《点击即打印，GE医疗推进从CT扫描到3D打印一站式解决方案》

而不仅仅是医疗模型，3D影像VR技术也被应用到手术练习方面。这方面，3D Systems 的虚拟现实手术室（VR OR）系统可以帮助患者转移对生理病痛的注意力，放松心情，从而为患者减轻压力和疼痛。也可以通过定制的 VR 设备进行后续的康复治疗。另一方面，医生可以通过虚拟现实头显实时远程观看资深医生进行手术，获取相关的经验。

随着3D打印技术的不断完善和其他技术的不断完善，3D打印技术将从教学医院和专业中心扩展到更广泛的医院系统。波士顿儿童医院就是一个例子，他们采取团队方式进行培训和手术计划。临床医生、工业工程师、设计师、模拟专家、病人护理队都参与其中。随着更多的3D打印功能上线，Gartner希望外科医生和医务人员能够以“交钥匙”的方式提高3D打印对健康领域的应用。 3D打印技术也将从隐秘的后台实验室转移到最前沿，作为改善手术训练和模拟战略的一部分。

 预测：到2021年，世界前100家消费品公司中有20％将使用3D打印来制造定制化的产品。

快速产品原型是消费品公司目前最广泛使用3D打印技术的应用。Fishman（吉他放大器）和联合利华（家用产品）等公司已经在通过3D打印技术来大幅缩短设计和生产时间，节省成本。不过快速原型并不是消费品行业唯一相关的应用领域。

3D打印也可能对消费品公司供应链产生重大影响。定制化生产可能减少库存，这种面向本地消费的本地生产的转变将使消费品公司能够重新思考他们的商业模式。例如，名为Raceware的公司使用3D打印技术来创建自定义的自行车零件。

而阿迪达斯正在推进运动鞋的数字化及制造基地离散化趋势。早在2015年8月的时候，阿迪达斯就喊出了“2016年在德国生产出第一双私人订制运动鞋样品”的口号。从那时开始Speedfactory走入了人们的视野。在阿迪达斯位于东南亚的传统制造工厂里，每年生产大约7.2亿双鞋，但这些生产过程缓慢而不具备灵活性。而在阿迪达斯位于德国的“Speedfactory”速度工厂里，则可以将从模型到生产的时间缩短到一天。

虽然，增材制造将不可能完全取代消费品市场的大量生产模式。但我们不可否认，产品的批量和产品的生命周期正在急速缩小和缩短。事实上，就拿鞋业来说，2011年匹克关闭2000家门店，因为以前一个货柜能赚5万元，而后来只剩几千元的利润。以前，同款式的鞋可以做20万双。而到2011年同款式的鞋也就两三千双，还要不同颜色的。

的确，消费者变得更加自我，更加挑剔了。这倒逼着消费品市场寻求更加灵活的生产方式。与传统制造技术相比，现在的公司必须学习如何在何时何地使用3D打印技术，从而更有意义地进行批量与成本效益的权衡。

 预测：到2021年，20％的企业将建立内部创业公司来开发新的3D打印产品和服务。

企业现在正以闪电般的速度发展，技术进步更快。已发展成熟的公司还需要不断面临创业公司和新兴公司的竞争。为了与这些快速发展的公司进行竞争，公司内部出现了鼓励内部创业的情况，以快速跟踪3D打印技术和其他创新技术可能会对当前业务产生的威胁。

在过去的几年里，空中客车、巴斯夫、通用电气等一大批大型企业已经建立了工业规模的3D打印内部创业模式。这些公司能够加速将3D打印集成到他们自己的制造流程中，以使用传统的制造方法来制造难以实现或成本太高的部件。 3D打印内部启动的概念正在迅速获得重视，并将在未来几年变得非常普遍。一家内部创业的公司可以使母公司把他们最聪明的一些人的注意力集中在3D打印创新上，同时保护他们现有的收入来源不受干扰。

 预测：到2021年，40％的制造企业将建立3D打印卓越中心（COE）。

制造领域的很多企业已经实施了3D打印技术。拿西门子来说，西门子通过英国林肯工厂及其收购的英国3D打印公司Materials Solutions，对SGT-400燃气轮机的叶片进行了重新设计，3D打印技术的叶片具有完全改进的内部冷却几何制造。而叶片的批量生产通过位于美国Worcester的工厂来完成。在这里，西门子林肯工厂就扮演了卓越中心的角色。

2017年，GKN正式在牛津郡阿宾登开设了一个新的卓越中心。新中心将致力于为GKN的汽车业务开发先进制造技术，包括定制化的3D打印零部件、电动传动系统、复合材料等。GKN将使用3D打印技术来重新设计和制造下一代车辆的定制零件。

奥迪与德国工业级3D打印制造商EOS 建立了伙伴关系，双方的合作涉及到奥迪全面部署工业增材制造技术，并奥迪在英戈尔斯塔特建立相应的3D打印卓越中心。通过这种合作关系，奥迪从EOS 获得的支持包括：提供适合的增材制造系统和生产流程，共同进行3D打印的应用开发，构建内部的增材制造知识，将奥迪工程师培训成为内部增材制造专家。

在过去几年中，不仅仅是这些企业，大多数大型企业已经建立了工业规模的3D打印COE（Center of Excellence)卓越中心（例如波音、强生、劳斯莱斯、宝马、GE等）。在这样做的同时，他们已经将3D打印相关的工作流程整合到关键业务流程中。 卓越中心的好处是能够更好地完善现有的3D打印方法并为推广3D打印技术做准备，同时创建度量标准，重点改进设计创新，健全关键流程标准化，并重点改进质量和检验流程。 3D打印卓越中心还可以作为供应链合作伙伴的培训机构或体验中心，并未企业内部的团队提供培训机会。

目前，虽然中型企业制造商开始效仿卓越中心的理念，但投资较少。这些公司倾向于将3D打印服务外包出去，因为所需的资金成本和专业劳动力往往是一个太大的壁垒，使得这些中型企业无法自行承担卓越中心的运转成本。

但是3D打印卓越中心又是企业发展的加速器，长期目标方面卓越中心可以成为设计和制造过程的无缝衔接。如果成功，卓越中心在产品的设计、制造和维护中如何引入3D打印技术都具有广泛的意义。

企业可以借助3D打印厂商的力量来进行卓越中心的部署。在这方面，可以参考一些现成的做法。例如，林德集团因EOS提供的支持在很短的时间内成功地积累了增材制造领域专业设计知识并测试了新的产品。通过与EOS的合作，林德集团的竞争地位得到了显著的提升。

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