调查研究：金属增材制造技术的曲折认知增长之路

在当前阶段，传统制造技术的界限被打破，3D打印给设计和生产带来了前所未有的可能性。金属增材制造改变了行业并重新定义了人们对制造业的思考方式。但问题是，金属增材制造能否发挥这么大的作用，以及这项技术是否是才刚刚开始显示其潜力。

金属增材制造技术发展至今已经衍生出十几种工艺类型，然而目前也只有少数工艺在特定、高度专业化的应用需求市场中获得了使用，该技术正在经历漫长的渗透过程。战略咨询和增材制造市场分析专家AMPOWER深入研究了该行业的现状和未来前景，试图揭示其真实的发展潜力。

金属增材制造的历史可以追溯到几十年前，但直到激光技术和数字化取得了巨大进步，这项技术才取得了重大进展。以最少的材料、经济高效的制造高度复杂部件的前景促进了大量金属增材制造工艺的开发。今天，已经有二十种不同的金属3D打印工艺，占主导地位的激光粉末床熔融(LPBF)已经使用了近30年，现在已经被少数几个行业采用作为生产技术。几家欧洲公司在其发展中发挥了至关重要的作用，他们在21世纪初将第一批研究和生产机器用于工业和大学。今天，全球有80多家PBF设备供应商，占全球安装的金属增材制造设备的80%以上。

在2010年代，金属增材制造市场经历了快速增长，部分原因是技术进步、早期采用者的激烈资格认证工作以及媒体的大量关注。许多供应商的年营收增长率达到50%或以上，公司市值在2012年至2015年间达到峰值，此后许多公司都没有超过这一水平。在这段炒作期过后，市场年增长率放缓至20%左右。虽然市场最初是由机器制造商的增长推动的，但今天金属粉末供应商和增材制造组件生产商贡献了很大一部分。

增材制造市场增长曲线

从用户的角度来看，购买机器背后的动机已经发生了重大变化。在2000年代和2010年代初，由于担心这项技术会取代机械加工等现有工艺，一些人投资了增材制造技术，他们不想错过这场预期中的制造业革命。然而，由于缺乏对通过增材制造实现真正价值的理解，导致技术效率低下或未充分利用。即使在今天，许多安装的金属增材制造设备的利用率也很低。

2010年代围绕金属增材制造未实现的价值炒作可以归因于低估了所需要付出的努力以及其他因素。公司向用户承诺，这台机器将具有数字化流程链，能够实现简单、无缝和零浪费的生产。人们声称或假设“一切”和“所有几何形状”都可以生产。然而，用户很快意识到，在实施过程中有显著的学习曲线需要克服，并且增材制造并不是在所有应用领域都是经济可行的。

当增材制造技术试图从研发过渡到生产时，进一步的障碍出现了。机器的可靠性经常带来挑战，这使失望情绪进一步增加。此外，航空航天和医疗保健等行业出现了监管障碍，这些行业需要进行设备认证和工艺验证。在这些高价值行业，产品故障会造成严重后果，需要事先进行广泛的测试和保障。

由于技术经验有限和行业不成熟，在程序和标准方面，设备商试图应用仅部分适用的指导方针或标准。此外，来自利益相关者的意想不到的内部阻力浮出水面，因为他们不愿意承担与采用新技术相关风险，更愿意坚持已经被证明有效的方法。

然而，延迟实施的主要原因是缺乏对增材制造技术的能力和局限性的广泛了解。只有当增材制造技术被应用在正确的领域，它才能产生价值。许多公司由于缺乏信心和能力去进一步探索，最终没能克服挑战。

金属增材制造技术的快速扩张阶段已经结束，但我们仍可以看到该行业的强劲增长。根据AMPOWER报告数据，设备、原料和零件制造服务产生的收入目前约为30亿欧元，预计未来五年将稳定增长约26%。尽管与其他生产技术相比，金属增材制造的整体市场仍然较小，但其增长率高达传统金属制造工艺的十倍。 

2016-2022年金属增材制造市场和2027年预测(10亿欧元)(来源:AMPOWER)

为了评估增材制造技术的发展现状，主要考虑两个指标：技术的成熟度及其在行业内的采用率。这些指标在不同的金属增材制造技术之间差异很大。一些技术在某些生产链中已经变得至关重要，而另一些技术仍处于开发的早期阶段，还有一些技术则初露锋芒。

AMPOWER基于两个指数开发了一个模型来表征增材制造技术的成熟度水平：工业化成熟度指数和技术成熟度指数。这些指数描述并比较了工业环境中各种增材制造技术的能力和采用率。

 

技术成熟度指数评估工艺能力、机器可靠性和可用性以及质量控制措施。工业化指数评估了机器的安装基础、供应链、材料可用性、可用的公共知识和研究，以及每项技术的标准化程度。每个类别都根据其具体重要性进行加权。通常，技术成熟度提高之后才会实现工业化。

近年来，许多金属增材制造技术已经从研究转向了最初的工业应用。然而，只有激光和电子束粉末床熔融技术在工业环境中被广泛使用。根据估计，目前安装的机器数量约为14000台，每年新增1500多台PBF打印机。随着工业需求的增加，机器变得越来越多样化。机器尺寸已经显著发展，可以制造长度高达1.5米的零件，并能够使用多个激光器。

许多行业现在已经认识到金属增材制造的价值。通过结合3D打印、设计和材料，这些行业创造了独特的组件，可以在生产或组件使用寿命内提高性能并节省成本。因此，一些行业开发了专门用于增材制造的产品，并将该技术无缝集成到其生产流程中。

对于许多供应商来说，增长一直是实现临界质量和实现盈利运营的主要目标。时至今日，由于缺乏盈利能力，该行业的许多公司，无论是成立不久的还是老牌企业，都依赖于投资来为其运营提供资金。因此，预计金属增材制造行业参与者之间的市场整合将增加，从而达到必要的规模。

金属增材制造技术的应用最广的工艺种类——LPBF技术市场出现位移的风险越来越大。目前，有超过70家技术供应商，他们的机器具有相似的特征，但从客户的角度来看，往往没有提供明确的差异化。此外，传统的PBF技术很可能存在过时的风险，应当密切关注所有正在努力解决该技术传统制造弊端的创新，如面烧结、无支撑打印，甚至基于更高吸收效率波段激光的面烧结。

金属增材制造技术被广泛关注的另一工艺类型——粘结剂喷射技术的市场整合在近年来发生了剧烈的变化。3D打印技术参考对此进行过系统的介绍，独角兽Desktop Metal在收购了昔日的竞争对手Exone后，如今同样面临增长带来的困境，与Stratasys的潜在合并谈判就是意图走出发展困境、提升市场规模效应的最好例证。

END

总的来说，本文回顾了金属3D打印技术的发展的曲折历程、当前的发展现状及未来的发展前景。得益于其他行业技术的发展，金属3D打印得以制造高性能的组件，进而发挥制造技术的应有作用。该行业正在快速发展，但大规模的应用仍受到很多因素的影响。在金属增材制造当前的市场发展情况下，各行各业的应用水平又达到了怎样的程度，以及如何进一步释放其潜力，限于篇幅，将在下篇文章进行介绍。