Wohlers 报告每年由 Wohlers Associates, Inc.（科罗拉多州柯林斯堡）发布。增材制造 (AM)，通常称为 3D 打印，是一个充满活力和活力的行业场地。每年，AM 的发展都使组织能够创造出以前无法想象的产品。新颖的设计方法、先进的材料和复杂的几何特征是增材制造在制造方法中脱颖而出的部分原因。它导致几乎每个工业部门重新思考他们设计和制造产品的方式。新的 AM 系统制造商、材料生产商和软件开发商以及有趣的商业模式正在进入市场。它们为世界各地的产品开发和制造人员提供了无限的可能性。
这些可能性是今天正在开发，因为新的应用程序刺激了对增材制造的强烈需求。 2013 年开始的金属增材制造快速增长仍在继续。根据我们对 Wohlers 报告的研究，2013 年至 2016 年机器单位销售额的年增长率平均为 49%。截至发稿时，2017 年的增长数据尚未公布。
发展与进步
80 年代后期和 90 年代的早期采用者迅速利用 AM 来生产原型、设计辅助工具和某些类型的工具。随着时间的推移，用户发现它如何为制造异常复杂的零件开辟了新的领域。
然而，增材制造的这种力量多年来一直处于休眠状态，很大程度上未被设计师开发.成本、材料限制以及对使用快速原型制作方法的抵制使 AM 无法成为生产应用的可行选择。
Compa 开始意识到的问题现在的问题是如何利用 AM 提供的几何自由度的先天力量。该技术有望减少实物库存，提供更多的产品种类，并鼓励向按需制造迈进。
使用一种称为颅骨矫形器的方法，这种定制的婴儿头盔轻轻地重塑婴儿的头骨它成长。它是在惠普新的彩色 3D 打印系统上生产的。图片来源：Invent Medical 和 NACAR。一些公司已将增材制造设计 (DfAM) 的前沿视为一片充满机遇的土地，并正在为自己争取领土. 2018 年 2 月，Desktop Metal（马萨诸塞州伯灵顿）宣布与 Dassault Systèmes（法国 Vélizy-Villacoublay）建立合作伙伴关系，并推出了 Live Parts，这是一种使用几何图形的软件从“种子”发展新设计的约束和结构要求。大多数拓扑优化方法以数字方式减去材料，但 Live Parts 使用附加方法来利用云的力量生成新设计。
同时，Autodesk Inc. （加利福尼亚州圣拉斐尔）继续开发 Project Dreamcatcher，这是一种利用云计算创建优化设计的生成式设计方法。这些公司和其他公司从大自然中汲取灵感，以与生物体发育大致相同的方式“培育”设计，这种方法被称为仿生学。
一些相对较新的公司已经提出过去一年的大笔资金。其中包括 Carbon Inc.（加利福尼亚州红木城），该公司大力推广其用于制造光聚合物生产部件的数字光合成工艺。 2017 年 12 月，Carbon 筹集了 2 亿美元的 D 系列资金以继续开发。这带来了总对公司的投资达到 4.22 亿美元，估值为 17 亿美元。 2017 年 7 月，Desktop Metal 筹集了 1.15 亿美元，以进一步实现其将金属 3D 打印提升到新水平的目标。迄今为止，该公司已累计投资 2.12 亿美元，估值超过 10 亿美元。该公司声称，该公司两种金属打印工艺的粘合剂喷射版本比流行的金属粉末床融合工艺快 100 倍，成本低 20 倍。
惠普的新型 Jet Fusion 300/500 系列聚合物 AM 系统使彩色 3D 打印在今年取得了重大进展。据该公司称，该工艺使用助熔剂和细节剂来连接形成多色部件的粉末层，而不会降低性能、打印速度或部件强度。这为聚酰胺 12 坚固功能部件的彩色 3D 打印的广泛新应用打开了大门。以前的多色方法ds of 3D 打印已被降级为非功能性应用程序的更脆弱部件。
低成本桌面系统
售价低于 5000 美元的桌面 3D 打印机以 10 年前很少有人预料到的方式影响了市场。它们的可访问性、多功能性和相对易用性使其成为设计团队、企业家和教育机构的热门选择。桌面 3D 打印机已经引起了媒体的广泛关注，吸引了广泛的潜在客户和其他人的注意。这促使公司采用 3D 打印，否则他们可能不会考虑这项相对年轻但迅速成熟的技术。
估计自 2007 年以来每年售出的 AM 系统数量低于 5000 美元。 在过去的十年中，许多公司都从 RepRap 项目中成长起来，该项目于 2005 年发起，旨在生产低成本机器，受到过期专利和开源技术的推动。这些公司开始了一些人认为的“竞争”底部”，但这种追逐已大大缓解。现在的重点是质量和易用性。一些公司未能跟上日益激烈的竞争并从市场上消失。当全球数百家初创公司瞄准一个目标时，这是不可避免的市场机会并同时追求它。如今，许多低成本系统制造商都具有竞争力，并且随着产品接受度的不断攀升而稳步增长。
图 1 显示了自 RepRap 项目于 2007 年开始受到关注以来，每年售出的增材制造系统售价低于 5000 美元的估计数量。相比之下，据估计，2016 年全球共售出 13,058 套工业增材制造系统，acc根据 2017 年 Wohlers 报告的研究。截至发稿时尚无 2017 年的估计数。
生产应用
最早将 AM 技术用于生产应用的组织之一是航空航天业的组织。他们认识到并利用了飞机和航天器上零件和组件的零件整合和轻量化的机会。空中客车、波音、通用航空和霍尼韦尔航空航天公司等公司已投入大量资源来开发该技术并将其产业化。 2018 年 1 月，GE 航空公司成功测试了其先进的涡轮螺旋桨发动机，其中三分之一由钛合金打印而成。新的发动机设计将 855 个独立部件合并为 12 个，重量减轻了 45.4 千克（100 磅），油耗减少了 20%。新设计还使发动机的功率增加了 10%，并简化了维护。
Peter Sander（如图）和空客的其他人使用以巨型维多利亚睡莲为灵感，设计出轻便但坚固的飞机扰流板。它是在金属 AM 系统上通过粉末床融合生产的。医疗行业已经还利用了 AM 的独特优势。从生物相容性材料生产有机形状的能力使 AM 成为制造模仿身体解剖结构的部件的有吸引力的方式。例如，Stryker Corp.（Kalamazoo，MI）正在投资 4 亿美元用于 AM用于生产 3D 打印骨科植入物的设施，例如用于膝盖和脊柱的零件植入产品。
Adidas AG (Herzogenaurach，德国）于 2017 年大举进入增材制造领域。结合增材制造的复杂形状和特征能力，阿迪达斯与 Carbon 合作生产了 Futurecraft 4D 运动鞋产品。它利用鞋中底的复杂格子来创造特殊的物理特性和性能特征。 2 月，该公司发布了 AlphaEDGE 4D LTD 跑鞋，其中还包括 3D 打印的中底。这些创意鞋类产品展示了增材制造对以前未被大规模生产技术触及的市场的影响潜力。耐克、New Balance 和 Under Armour 等其他主要鞋类公司已经展示了限量版产品，并且很可能效仿阿迪达斯的做法。
汽车行业表明承诺使用 AM 来减少旧型号车辆的备件库存。按需生产零件减少了库存零件的需要继续生产。然而，由于 AM 材料和机器的成本，再加上供应链方面的考虑，这个想法的接受速度很慢。即便如此，戴姆勒卡车仍宣布正在为其车队创建一个备件数字仓库。它将在一年的时间里对零件进行测试，以证明该工作流程在供应链中的可行性。 2018 年初，宝马宣布为 Mini Cooper 客户推出一项新服务，使用定制图形对汽车装饰的四个部分进行个性化设置。这四个定制部件的价格为 149 欧元，将通过激光烧结在聚酰胺中进行 3D 打印，并于 2018 年 5 月上市。
增长的障碍
从历史上看，AM 在生产中的主要缺点之一是处理时间慢。这与通常广泛的后处理相结合，增加了成本并减缓了 AM 在生产应用中的采用。零件的后处理最多可以占 t 的一半金属零件的费用。通过金属粉末床熔合制造零件通常需要坚固的锚和支撑结构，以防止在打印、冷却和从构建板上移除零件时零件翘曲。 AM 系统制造商和其他公司正在投资研发，以减少这种劳动密集型和昂贵的过程。一个例子是 NextGenAM 项目，它是 Premium AEROTEC（一家空中客车公司）、戴姆勒和 EOS 的合资企业。这项工作主要集中在减少与后处理金属 AM 零件相关的时间和成本。
去年，Desktop Metal 发布了一种新方法，其中支撑结构是通过中间陶瓷层连接到零件。打印后，部件会通过轻微的冲击（即在工作台上轻敲部件和连接的支撑结构）而不是大量的机械加工和其他工艺来脱离其支撑。支撑材料从零件上脱落，减少了时间和成本。
材料成本是增材制造零件规模化生产的另一个障碍。注塑成型聚合物的成本通常约为每公斤 2 至 3 美元（每磅 0.91 至 1.36 美元），具体取决于材料产品。同时，工业增材制造系统的材料价格通常在每公斤 40 至 250 美元（每磅 18 至 114 美元）之间。惠普已将降低其机器的材料价格作为目标。 2017 年 11 月，惠普发布了 HP Jet Fusion 3D 4210 系统，据称该系统将聚酰胺 12 的价格降低了 50% 至每公斤 30 美元左右（每磅 13.64 美元）。其他公司可能会效仿 HP。
满足 DfAM 的需求
产品开发组织已经几十年来一直采用成形和减法制造方法来生产商品。随着时间的推移开发的设计技能和工具主要适用于这些生产方法，但往往不符合 DfAM 的需要。实际上，很难找到具有几年 DfAM 经验的设计师。考虑到 DfAM，也没有大量成熟的 CAD 工具可用。为了应对这种短缺，教育机构、私营公司和其他机构（例如 America Makes）正在开发和提供 DfAM 培训计划。包括宾夕法尼亚州立大学和马里兰大学在内的大学甚至提供增材制造的完整硕士学位课程。
三十年的增材制造发展为这项技术奠定了基础，可以为增材制造做出有意义的贡献并帮助其发展近 13 万亿美元的全球制造业经济。尽管 AM 行业的增长经历了高峰和低谷，但对该技术的投资不仅稳定，而且影响深远。当引入一种无障碍设计和制造几乎所有实物商品的技术时，很难想象一个市场不会受到影响。由于材料成本、生产速度和有限的 DfAM expe 的障碍经验得到解决，采用的实用性成为全球新用户的现实。这是一个激动人心的时刻，可以参与该行业并为我们这个时代只会继续成为最多样化和不断变化的技术做出贡献。
Wohlers 报告每年由 Wohlers Associates, Inc.（科罗拉多州柯林斯堡）发布。有关 2018 年 Wohlers 报告的信息，请访问 wohlersassociates.com。
