隨著技術的進步，3D打印行業經歷了一段時間的緩慢發展，最終實現了兩位數的穩定增長。
德勤預測，大型上市公司(包括企業3D打印機、材料和服務)與3D打印(也稱為增材製造)相關的銷售額將在2019年超過27億美元，2020年將超過30億美元。(對於前後背景，全球製造業的整體收入總計每年約12萬億美元。)這部分3D打印行業每年的增長率約為12.5%，是幾年前的兩倍多(圖1)。
而其它研究機構對3D打印的預測更為明朗，IDC預計2019年起全球支出將超過140億美元，比2018增長23.2%，在預計2022年將達到230億美元。研究人員稱3D打印機和材料支出佔全球市場總額的三分之二，在2022年達到78億美元和80億美元，2022年的服務支出將達到48億美元，服務市場由按需零部件服務和系統集成服務主導。與此同時，3D打印相關軟件的銷售額將比整個市場增長緩慢，五年增長率為16.7%。
從地域來看，2019年美國的支出總額最大，高達54億美元，其次是西歐40億美元。這兩個區域將共同提供近三分之二的3D打印支出。中國將是第三大的地區，支出超過19億美元，其次是亞洲/太平洋(不包括日本)中歐和東歐(CEE)、中東和非洲(MEA)。
3D打印正在經歷這一轉折點，可能是因為多個行業的公司越來越多地使用它，而不僅僅是用於快速原型設計。如今的3D打印機能夠打印更多種類的材料(這主要意味著更多的金屬打印和更少的塑料打印，儘管塑料仍可能占主導地位);它們打印物體的速度比以前快，並且可以打印更大的物體(構建體積)。源源不斷的新進入者正在擴大市場。 3D打印被認為是工業4.0中的“必不可少的部分”。先進的生產和操作技術與智能數字技術的結合被稱為“第四次工業革命”。
還有其他報告提供了該行業的歷史、當前和預測市場規模。然而，它們基於專利研究，因此既不可複製，也不可證偽。相比之下，由於我們專注於大型上市公司，我們的歷史和當前數據都是從公開來源、經審計的財務數據和季度更新的數據中挑選出來的。我們的前瞻性估計再次利用公開可得的資料，並根據現有的分析師一致估計;對於其中一些公司，超過12位分析師提供了前瞻性預測。
3D打印的興起，放緩和崛起
像許多新技術一樣，3D打印在早期也被過度炒作。到2014年，該行業(包括但不限於大型上市公司)的收入超過20億美元，高於2009年不到10億美元(某些基礎專利到期的年份，以及第一個消費者家用3D打印機 RepRap3問世)。新聞報道興奮地談到“每個家庭都將成為一個工廠”，並且有人預測傳統零件製造商、倉庫和物流公司在短期內都會受到嚴重破壞。實際上，當時3D打印機主要用於製作塑料原型，雖然家用3D打印機既有趣又有教育意義，但它們製造的東西幾乎從未具有適用價值。
雖然沒有崩潰，但3D打印行業過度炒作，導致它的發展速度放緩了。從圖1中可以看出，行業中的大型上市公司在2015年和2016年經歷了個位數左右的百分比增長(儘管一些公司確實看到同比收入下降)，在經歷了前幾年過高的期望後，進入了預期下降的低谷。然而，這是一個淺谷，到2017年，增長再次加速。今天，我們預測未來幾年的行業年增長率將遠遠超過10%。
為何增長前景會反彈?首先得益於更多的3D打印材料。 2014年，可用於3D打印的材料清單已經很長了，但仍然遠遠不及零件製造中常用的完整材料清單。此外，許多零件需要由多種材料製成，當時的3D打印機並不適合這項任務。快進到2019年初，潛在的3D可打印材料清單已擴大到五年前的兩倍以上，混合材料打印機正變得越來越普遍。
在這方面，最大的轉變往往是從塑料轉向金屬打印。塑料適用於原型機和某些最終零件，但價值數萬億美元的金屬部件製造市場是3D打印機更重要的市場。從2017年到2018年，3D打印行業的一項調查顯示，雖然塑料仍然是最常見的材料，但僅在那一年，塑料在3D打印中的份額就從88%下降到了65%，而金屬打印的份額則從28%上升到了36%。按照這個速度，金屬很有可能在2020年或2021年取代塑料，用於所有3D打印一半以上的份額。
另一個因素是速度。一次(用任何材料)製造一個超薄層是一個固有的緩慢過程。但自2014年以來，情況發生了變化。儘管打印時間會因形狀的複雜性、打印作業的質量和/或使用的材料而有所不同，但從廣義上講，2019年市場上的3D打印機的速度是2014年的兩倍，其他條件相同。
一個特別有趣的創新是在金屬打印領域。在過去幾年中，使用選擇性激光燒結(SLS)打印了許多金屬零件。該過程相對緩慢且昂貴，並且需要接近真空的環境。最近的一種稱為粘合劑噴射金屬印刷的技術，可以將生產每個零件所需的時間縮短一半，準備在2019年推出。儘管粘合劑噴射技術使得實際的3D打印部分比SLS快得多，但如此打印的部件尚未完成，需要在烘箱中燒結烘烤後進行後處理，直到金屬粉末熔化為止。不過，雖然燒結需要時間，但可以集中進行，所以大量零件的平均每件時間仍然比SLS快。)
3D打印機不僅變得更快，而且它們的構建體積 - 可打印對象的大小 – 也正在增長。幾年前，一臺典型的高端金屬打印機只能製造一個小於10 x 10 x 10釐米的物體。但在2019年，可適用多種打印機，構建體積為30 x 30 x 30釐米(9立方升)的物體。這允許製作更大的物體而無需打印較小的物體，然後組裝它們。此外，在橡樹嶺國家實驗室等實驗室採用大面積增材製造(BAAM)技術，在非常大的建築體積上取得了進展，其中x，y和z軸以米而不是釐米為單位測量。
最後，一些大公司正在進入3D打印市場，驗證空間並推動整個行業更快地進行創新。這些大型公司帶來了研究投資、信譽、龐大的客戶基礎和營銷力量，幸運的是，對於行業的增長，他們通常會擴大整體市場，而不是從現有的競爭者那裡搶走銷量。這些財富500強公司從3D打印中獲得的收入對他們來說並不重要，對於一家價值500億至1000億美元的公司來說，即使是2.5億美元的3D打印相關收入也不到其銷售額的0.5%，但對於3D打印行業而言，這是非常重要的，到2020年可能佔3D打印行業總收入的15%左右。此外，這些大公司進入3D打印對於產品而言具有很高的戰略意義：他們正在使用3D打印以有趣的方式管理長尾並改善零件性能，例如打印重量更輕的零件，在製造中獲得更大的靈活性，簡化零件等等。
3D打印是否會百分之百成為製造市場?
隨著近年來的所有改進，人們可能會問到為什麼3D打印每年僅“增長”12%左右。如果3D打印機現在在製造最終部件方面如此有用，那麼增長為什麼不會更高呢?3D打印會成為製造東西的唯一方式嗎?
簡而言之，沒有。但要了解原因，值得探討如何更細緻地製造零件。
基本上有三種方法可以一個零件：
獲取所需材料的數量，並根據需要進行塑造拿一塊太多的材料，去掉不需要的東西(減法制造)
隨著時間的推移，使用材料逐步構建零件，直到完成所需的零件(增材製造或3D打印)
第一種方法可涉及多種技術和材料;鍛造、鑄造、衝壓和模塑(塑料注塑)是最常見的。這些技術已經使用了幾十年甚至幾個世紀;它們是眾所周知的，在每個零件的基礎上相對便宜，並且平均在幾秒鐘內生產零件(不包括精加工 - 幾乎所有類型的零件製造，需要進一步加工以進行精加工，這可能需要幾秒鐘到幾小時)。截至2018年，以這種方式運轉的機器每年價值3000億美元，其中7臺每年生產價值超過一萬億美元的零件。作為一個成熟的行業，這種製造模式在全球範圍內平均每年以2-3%的速度增長。
第二種技術 - 減法制造 - 可能涉及使用車床和許多其他大型工廠工具，但重要的是，它也可以通過計算機數控(CNC)機器來執行，這些機器正變得幾乎無處不在。使用CNC機器製作物體的成本比上述技術高，每個部件需要幾分鐘而不是幾秒鐘(不包括完成時間)。然而，基於數控機床的製造在許多市場中非常有用，特別是在體積低於製造模具(例如)或最終部件不能使用舊技術製造的情況下。全球數控機床市場每年增長約7%，約為傳統制造業的兩倍;預計到2025年將達到1000億美元，高於2018年的約600億美元增材製造--3D打印 - 每個部件的成本仍然比使用CNC機器更昂貴(使其比傳統制造成本高得多)，並且每個部件需要數小時而不是幾分鐘(再次排除各種類型的精加工和後處理)。但是，有些零件只能通過3D打印製作，以及零件體積太小以至於傳統制造或減法制造都不是最佳的情況。這些市場推動了我們預測3D打印的一些增長。另一個增長動力是3D打印通常對製作可能在前兩種技術中使用的模具、鑄件、工具、壓鑄模和夾具非常有用。
3D打印機並不總是適合這項工作的工具，並且在可預見的未來，大多數零件仍然可能通過鑄造、鍛造、衝壓、模塑等產生;數控機床將佔很小的比例，3D打印的比例甚至更小。但是，即使是價值數萬億美元的全球零部件行業(每年僅金屬零部件行業就價值1萬億美元)的1%，仍然是一個巨大的機會。
此外，使用三種技術中的每一種來製造的零件的比例，都是指零件的單位體積。但是，使用CNC機床和3D打印機制造的物品往往比傳統制造的物品價值高得多，因此通過更先進的技術製造的零件的美元價值將高於單位百分比所顯示的價值。換句話說，像螺母和螺栓這樣的零件將採用傳統的方法制造。但這些部件都是大宗商品，價格低廉，而3D打印部件的價值可能高達數百甚至數千美元。
3D打印機不可能取代傳統制造技術這一事實非常重要。如果製造商不得不拋棄所有舊機器並切換到完全3D打印的世界，那將是一項艱鉅的任務，但在這個過程的最後，它將具有一定的簡單性。所有商品都將使用3D打印機制造，雖然公司需要大量的原料庫存，但他們將不再需要零件倉庫、倉庫和配送中心。供應鏈和物流問題與今天不同，在某些方面更簡單。
但這可能不會發生。相反，公司和行業將始終不得不應對混合製造業，這更加複雜，難以管理。零件將使用所有三種方法制造，通常一次不止一種(這實際上是一項相當重要的技術，大大擴展了市場)。所有這些使得下面描述的解決方案比3D打印簡單地取代更重要。
結果
在當今日益複雜的生產和維護環境中，越來越多的組織通過尋求3D打印來應對供應鏈和製造業務中的限制。公司應該如何開始3D打印?當然，沒有一個答案。相反，將3D打印集成到組織戰略中有多種途徑。
在高層次上，組織應該檢查他們的商業模式。領導者應瞭解3D打印對其業務所代表的機遇和/或威脅，以及如何利用3D打印顛覆他們的行業。接下來，他們應該檢查3D打印的商業案例。傳統的單件價格比較並不總能完全發現3D打印的全部優勢，因此為了正確評估業務案例，公司應開發生命週期成本比較，以便在產品開發、生產和服務/售後市場中捕獲3D打印的優勢(如果有的話)。評估的關鍵是瞭解公司今天在哪裡部署3D打印，想在哪裡應用3D打印(願望)，最後應用於何處(基於現實的雄心)。在此之後，公司應確定是否繼續實現目標，即3D打印的商業案例是否有意義，如果有，那麼在哪裡(例如在供應鏈，產品開發或其他領域)。在測試可行性、可用性和可取性之後，領導者應該評估其流程和資產的當前狀態，然後制定路線圖以隨著時間的推移進行擴展。
要在工業規模上使用3D打印，組織需要管理一系列複雜的、相互連接的和數據驅動的事件。“數字線”是一條從最初設計到成品的無縫數據鏈，是優化3D打印生產能力的關鍵。德勤稱之為“增材製造的數字線”，簡稱DTAM。
我們圍繞DTAM和3D打印的五個主要建議是：
評估工具和技術的當前狀態。對一個製造資源的當前狀態進行盤點，可以使公司識別任何痛點，並瞭解他們可能需要集中精力的地方。確定公司應關注的重點：產品開發，供應鏈優化或兩者兼而有之。一旦製造商評估了他們當前的能力以及他們希望在圖2所示的3D打印框架內的位置，他們就可以開始制定構建和實施DTAM或一般3D打印方法的路線圖。至關重要的是，這應該與業務案例相關：重點應放在推動業務成果上，而不僅僅是建立能力。
考慮當前的數據存儲和使用方法以及它們如何映射到DTAM。 3D打印應該整合到一般的製造過程中。為實現這一目標，組織需要一個包含3D打印的數字線程以及他們也可能使用的任何成型和減法技術。公司可以檢查他們如何在當前的製造實踐中收集、存儲和使用數據，然後考慮他們是否正在儘可能有效地存儲和使用來自工廠車間的信息。通過這種方式，他們可以構建更高效的DTAM。很容易想象使用所有三種製造技術的場景，但這些活動可能需要由貫穿整個製造過程的數字骨幹(線程)支持。
瞭解到目前還沒有創建DTAM的一站式端到端解決方案。公司應該檢查實施DTAM和擴展3D打印將如何影響他們的業務，以及根據他們的特定需求開始構建需求。為員工著想。 3D打印和DTAM都需要工程師和組織內其他人員的接受和採用，因此招聘、培訓和保留是重要的考慮因素，變更管理也是如此。
經過幾十年的發展，3D打印終於達到了比大多數其他製造技術更持續增長的時期。 與許多其他新技術一樣， 重要的是“從大的方面考慮，從小的方面開始，迅速擴展”。“未來幾年，3D打印可能會在從機器人到火箭飛船的各種製造業中得到更廣泛的應用。”對製造業以外的行業的連鎖反應可能是深遠的。
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