增材制造（也称为 3D 打印）自商业化以来，在近 35 年的时间里不断成熟。航空航天、汽车、国防、能源、交通、医疗、牙科和消费品行业正在广泛采用增材制造。
有了这种广泛采用，很明显增材制造不是一刀切的解决方案。根据 ISO/ASTM 52900 术语标准，几乎所有商业增材制造系统都属于七个工艺类别之一。它们包括材料挤出 (MEX)、桶光聚合 (VPP)、粉末床熔融 (PBF)、粘合剂喷射 (BJT)、材料喷射 (MJT)、定向能量沉积 (DED) 和片材层压 (SHL)。它们根据单位销售额按受欢迎程度的顺序在此处呈现。
越来越多的行业专业人士，包括工程师和经理，正在了解增材制造何时可以帮助改进产品或流程，何时不能。从历史上看，一个采用 AM 的大量倡议来自具有该技术经验的工程师。管理层看到了更多增材制造如何提高绩效、缩短交货时间并为新业务创造机会的例子。增材制造不会取代大多数形式的传统制造，而是成为产品开发和制造领域的企业家选择的一部分。
采用的商业案例
增材制造应用千差万别，从微流体到大规模建设。增材制造的优势因行业、应用和所需性能而异。无论用例如何，组织都应该有充分的理由采用增材制造。最常见的是概念建模、设计验证以及适用性和功能测试。越来越多的公司将其用于工具和批量生产应用，包括定制产品开发。
多个波导合并为一个 3D 打印部件。（由 Swissto12 提供）对于航空航天应用，重量是一个主要考虑因素. 根据 NASA 马歇尔太空飞行中心的数据，将 0.45 千克的有效载荷送入地球轨道的成本约为 10,000 美元。减轻卫星的重量可以节省发射成本。附图为 Swissto12 生产的金属增材制造部件，它结合了多个波导增材制造将重量减至不到 0.08 千克。
增材制造正在能源行业的整个价值链中使用。对于一些公司来说，使用增材制造的商业案例是快速迭代设计以在最短的时间内创造出尽可能最好的产品。在石油和天然气行业，损坏的零件或组件可能会导致生产中每小时损失数千美元或更多。使用增材制造帮助恢复运营在服务中可能特别引人注目。
MX3D，a m大型 DED 系统的制造商发布了用于修复管道的原型夹具。据该公司称，损坏的管道每天可能造成 100,000 至 1,000,000 欧元（113157 至 1131570 美元）的损失。下页所示的夹具使用 CNC 零件作为框架，使用 DED 焊接管道的圆周。 AM 提供了高沉积率和最少的浪费，而 CNC 提供了所需的精度。
2021 年，北海 TotalEnergies 的石油钻井平台上安装了 3D 打印水套管。水套管是一个安全关键部件，用于控制在建油井的碳氢化合物井涌。在这种情况下，与传统锻造水套管相比，使用 AM 的好处是交货时间更短，排放量减少 45%。
石油和天然气管道夹具。 （由 MX3D 提供）另一个 AM 业务案例是减少费用电子工具。 Phone Skope 设计了望远镜适配器，用于将手机摄像头连接到望远镜或显微镜的设备。每年都会发布新手机，这就要求公司发布新的适配器系列。使用增材制造，该公司节省了购买新手机时需要更换的昂贵工具的费用。
与任何流程或技术一样，不应使用增材制造，因为它被视为新的或不同的。它应该改进产品开发和/或制造过程。它必须增加价值。其他业务案例的示例包括定制产品和大规模定制、复杂功能、整合零件、减少材料和重量以及提高性能。
提高自动化程度
让增材制造发挥其增长潜力，需要应对挑战。对于大多数制造应用，该过程必须可靠且可重复。自动化零件和支撑材料去除以及后处理的下游方法将有所帮助。自动化也是我提高产量并降低每个零件的成本。
解决最多的领域之一是后处理的自动化，例如除粉和精加工。通过自动化批量生产应用程序的过程，相同的技术可以重复数千次。挑战在于，具体的自动化方法可能因零件类型、尺寸、材料和工艺而异。例如，牙冠的后处理自动化与火箭发动机的零件非常不同，即使两者都可能由金属制成。
使用 Solukon 的 SPR 技术从金属部件流出的粉末。 （由 Solukon Maschinenbau 提供）随着零件针对增材制造进行优化，通常会添加更复杂的特征和内部通道。对于 PBF，一个主要挑战可能是去除 100% 的粉末。 Solukon 制造自动化粉末呃清除系统。该公司开发了一种称为智能粉末回收 (SRP) 的技术，可以旋转和振动仍然附着在底板上的金属部件。旋转和振动由零件的 CAD 模型驱动。通过精确移动和摇动零件，夹带的粉末几乎像液体一样流动。这种自动化减少了人工劳动，可以提高除粉的可靠性和可重复性。
手动除粉的挑战和局限性会限制使用增材制造进行批量生产的可行性，即使是小批量生产。 Solukon 金属除粉系统可以在惰性气氛中运行，并收集未使用的粉末，以便在 AM 机器中重复使用。 Solukon 对客户进行了调查，并于 2021 年 12 月发布了一项研究，表明两个最大的担忧是职业健康和可重复性。
从聚合物 PBF 构建中手动去除粉末可能非常耗时。 DyeMansion 和 PostProcess Technolo 等公司Gies 正在制造用于自动除粉的后处理系统。许多 AM 部件可以装入系统，该系统会翻滚和喷射介质以去除多余的粉末。惠普拥有自己的系统，据说可以在短短 20 分钟内从 Jet Fusion 5200 的构建室中清除粉末。该系统将未融合的粉末存储在一个单独的容器中，以便在非 AM 应用中重复使用或回收。
如果自动化可以应用于大多数后处理步骤，公司可以从自动化中受益。 DyeMansion 提供用于除粉、表面处理和着色的系统。 PowerFuse S 系统加载零件，将蒸汽应用于光滑零件，然后卸载它们。该公司提供了一个不锈钢架来悬挂零件，这是手动完成的。 PowerFuse S 系统可以生产类似表面光洁度的注塑模具。
该行业面临的最大挑战是了解自动化可以提供的真正机会。如果需要生产一百万个聚合物零件d，传统的成型或成型工艺可能是最好的解决方案，尽管这取决于零件。在生产和测试工具时，增材制造通常可用于首次生产运行。借助自动化后处理，可以使用增材制造可靠且可重复地生产数以千计的零件，但它取决于零件，可能需要定制解决方案。
发展指向未来
增材制造与行业无关。许多组织正在展示有趣的研究和开发的结果，这些研究和开发可能会产生功能性产品和服务。在航空航天工业中，Relativity Space 使用专有的 DED 技术生产了最大的金属部件增材制造系统之一，该公司希望利用该技术生产大部分火箭。它的 Terran 1 火箭可以将 1,250 公斤（2,755 磅）的有效载荷送入近地轨道。 Relativity 计划在 2022 年年中发射以测试火箭，并且它已经在考虑生产一种更大的、可重复使用的火箭，称为 the Terran R.
成品聚丙烯 HP Multi Jet Fusion 部件，左侧，蒸汽平滑。 （由 DyeMansion 提供）来自 Relativity Space 的 Terran 1 和 R 火箭是重新思考未来太空飞行可能是什么样子的创新方法。增材制造的设计和优化有助于推动这一发展。该公司声称，与传统制造的火箭相比，该方法将零件数量减少了 100 倍。该公司还声称它可以在 60 天内用原材料生产一枚火箭。这是将多个部件整合为一个部件并显着简化供应链的一个很好的例子。
在牙科行业，增材制造已被用于制造牙冠、牙桥、外科导钻器、局部义齿和对准器。 Align Technology 和 SmileDirectClub 使用 3D 打印来创建用于热成型透明塑料的部件静态矫正器。 Invisalign 品牌产品的生产商 Align Technology 使用 3D Systems 的许多桶式光聚合系统。到 2021 年，该公司报告称，自 1998 年获得 FDA 批准以来，它已经治疗了超过 1000 万名患者。如果平均每个患者的治疗包括 10 个对准器（这是一个较低的估计），该公司已经生产了 1 亿个或更多的增材制造零件。 VPP 部件很难回收，因为它们是热固性塑料。 SmileDirectClub 使用 HP 的 Multi Jet Fusion (MJF) 系统生产热塑性部件，它们可以回收用于非增材制造应用。
从历史上看，VPP 无法生产具有强度特性的薄而透明的部件，用作牙科矫正器。 2021 年，LuxCreo 和 Graphy 各自发布了一种可能的解决方案。截至 2 月，Graphy 已获得 FDA 对牙科矫正器直接 3D 打印的许可。通过直接打印它们，从开始到完成的过程被认为更短、更简单、
受到大量媒体关注的早期开发是将 3D 打印用于大型建筑应用，例如房屋。通常，房屋的墙壁是使用挤压工艺打印的。房子的所有其他部分都是使用传统方法和材料生产的，包括地板、天花板、屋顶、楼梯、门、窗、电器、橱柜和台面。 3D 打印的墙壁可能会增加安装电气、照明、管道、供暖和空调的管道和通风口的费用。与传统建造的墙相比，完成混凝土墙的内部和外部更加困难。使用 3D 打印墙壁改造房屋也是一个考虑因素。
橡树岭国家实验室的研究人员正在研究如何在 3D 打印墙壁中储存能量。通过在建造时将管道放入墙上，水可以从中流过用于加热和冷却。这个研发项目很有趣，也很创新，但仍处于开发的早期阶段。
我们大多数人还不知道 3D 打印建筑物或其他大型物体部件的经济性。该技术已被用于生产一些桥梁、避难所、公园长椅以及建筑物和外部环境的装饰元素。人们相信，小规模（厘米到几米）AM 的好处也适用于大规模 3D 打印。使用 AM 的主要好处包括制作复杂的形状和特征、减少零件数量、减少材料和重量以及提高性能。如果 AM 没有增加价值，那么人们应该质疑它的使用。
收购年份
2021 年和今年与 AM 相关的并购是广泛的。
2021 年 10 月，Stratasys 收购了英国工业喷墨制造商 Xaar 的子公司 Xaar 3D 剩余的 55% 股权。 Stratasys 的聚合物PBF 技术称为选择性吸收融合，由 Xaar 喷墨打印头提供动力。 Stratasys 的 H350 机器与 HP 的 MJF 系统展开竞争。Desktop Metal 的采购热潮令人印象深刻。 2021 年 2 月，该公司收购了 Envisiontec，这是一家长期生产工业 AM 系统的制造商。 2021 年 5 月，公司收购了 VPP 弹性聚合物开发商 Adaptive3D。 2021 年 7 月，Desktop Metal 收购了多材料粉末重涂工艺的开发商 Aerosint。最大的一次收购是在 8 月，Desktop Metal 以 5.75 亿美元收购了竞争对手 ExOne。
Desktop Metal 对 ExOne 的收购汇集了两家著名的金属 BJT 系统制造商。通常，该技术尚未达到许多人认为会采用的水平。公司继续应对诸如可重复性、可靠性以及在问题发生时了解问题根源等挑战。即便如此，该技术仍有机会假设挑战得到解决，就可以进入大型市场。 2021 年 7 月，使用专有 3D 打印系统的服务提供商 3DEO 报告说，它已经向客户运送了百万分之一的零件。
软件和云平台的开发商已经看到增材制造行业的重大增长。对于跟踪 AM 价值链的管理执行系统 (MES) 尤其如此。 3D Systems 同意在 2021 年 9 月以 1.8 亿美元的价格收购 Oqton。Oqton 成立于 2017 年，提供用于改善 AM 工作流程和效率的云解决方案。 Materialise 于 2021 年 11 月以 3350 万美元的价格收购了 Link3D。与 Oqton 一样，Link3D 的云平台跟踪作业并简化 AM 工作流程
2021 年的最终收购之一是 ASTM International 收购 Wohlers Associates。他们一起努力利用 Wohlers 品牌来支持在全球范围内更广泛地采用增材制造。作为 ASTM 增材制造卓越中心的一部分，Wohlers Associates 将继续有助于制作 Wohlers 报告和其他出版物，并提供咨询服务、市场情报和培训。
增材制造行业已经成熟，许多工业部门都在广泛应用该技术。但 3D 打印不会取代大多数其他形式的制造。相反，它被用来创建新型产品和商业模式。组织正在使用 AM 来减轻零件的重量，减少交货时间和工具成本，并提高个性化和产品性能。随着新公司、产品、服务、应用程序和用例的不断推出，增材制造行业预计将继续其增长轨迹，而且速度通常惊人。
