增材制造技術(shù)，或稱3D打印技術(shù)，根據(jù)電腦設(shè)計(jì)模型、采用材料逐層累加的方法制造產(chǎn)品，被寄予全面革新制造業(yè)的厚望。然而，盡管獲得媒體的廣泛報(bào)道，增材制造尚未在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中得到大規(guī)模應(yīng)用。
理論上，增材制造技術(shù)可以制造更好的產(chǎn)品，包括更多的產(chǎn)品種類、更優(yōu)的產(chǎn)品表現(xiàn)、更長(zhǎng)的使用壽命和更輕的單位重量。同時(shí)，該技術(shù)還將帶來(lái)生產(chǎn)工藝和流程的簡(jiǎn)化，例如，交貨時(shí)間由于生產(chǎn)周期的縮短大大加快，生產(chǎn)地點(diǎn)的選擇更加靈活，生產(chǎn)工具得以簡(jiǎn)化，生產(chǎn)廢料較傳統(tǒng)工藝相比大大減少。
盡管總體市場(chǎng)規(guī)模較小，增材制造行業(yè)正在快速發(fā)展，增速?gòu)?qiáng)勁。目前，全球增材制造市場(chǎng)規(guī)模約為70億美元，預(yù)計(jì)未來(lái)6年年復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)24%，2021年市場(chǎng)規(guī)模約為265億美元。
增材制造市場(chǎng)一般以光聚合物和熱塑材料為主，金屬材料只占其中很小一部分，但近年來(lái)，金屬打印這一細(xì)分市場(chǎng)高速發(fā)展，為工業(yè)品領(lǐng)域的零部件加工帶來(lái)全新的可能。
金屬打印能否在生產(chǎn)效率、質(zhì)量穩(wěn)定性和成本控制上滿足汽車等行業(yè)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的需求，目前仍是未知數(shù)。但有理由相信，金屬打印一旦得到大規(guī)模應(yīng)用，必將為當(dāng)前工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)變革。
增材制造行業(yè)價(jià)值鏈
過(guò)去幾年中，增材制造行業(yè)內(nèi)的企業(yè)經(jīng)歷多輪的創(chuàng)業(yè)和整合，頭部廠商確立行業(yè)領(lǐng)先地位。Autodesk和Materialise是最主要的增材制造軟件供應(yīng)商，部分公司業(yè)務(wù)涉及行業(yè)價(jià)值鏈的多個(gè)環(huán)節(jié)，例如Stratasys生產(chǎn)3D打印機(jī)和打印后續(xù)處理。部分3D打印機(jī)生產(chǎn)商也自行生產(chǎn)金屬粉末，但隨著行業(yè)分工的成熟化，他們開(kāi)始向?qū)ｉT金屬粉末廠商采購(gòu)。
預(yù)計(jì)行業(yè)價(jià)值鏈未來(lái)將繼續(xù)快速演變，隨著材料成本的下降和生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)化，增材制造的單位生產(chǎn)效率將大大提高，并最終帶來(lái)重大行業(yè)變革。價(jià)值鏈的中間環(huán)節(jié)將得以簡(jiǎn)化，尤其在生產(chǎn)和生產(chǎn)后續(xù)處理環(huán)節(jié)。
生產(chǎn)流程將被重塑和重整，發(fā)展出一個(gè)無(wú)縫鏈接的端到端價(jià)值鏈。整合可以通過(guò)企業(yè)內(nèi)部?jī)r(jià)值鏈延伸或企業(yè)之間的戰(zhàn)略合作來(lái)達(dá)成，OEM廠商尤其需要增強(qiáng)對(duì)價(jià)值鏈各環(huán)節(jié)的深入了解。其中，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、軟件研發(fā)和設(shè)計(jì)能力尤為重要。
生產(chǎn)效率的提高、增材制造技術(shù)帶來(lái)的新產(chǎn)品和產(chǎn)品質(zhì)量改善，將進(jìn)一步刺激需求端的增長(zhǎng)，企業(yè)把握和利用好發(fā)展時(shí)機(jī)，而其中，備件生產(chǎn)和翻新將是兩個(gè)最重要的近期機(jī)會(huì)。
金屬打印先驅(qū)：Siemens和GE
2017年2月，Siemens推出金屬打印技術(shù)生產(chǎn)的燃?xì)鉁u輪葉片，預(yù)示著從前期設(shè)計(jì)到生產(chǎn)后處理的全線金屬打印技術(shù)將帶來(lái)的重大變革。
Siemens首先研發(fā)出基于金屬打印技術(shù)的燃?xì)鉁u輪葉片樣品，并對(duì)樣品進(jìn)行抗高壓能力測(cè)試（包括物理加壓、高溫和高離心力），在將該樣品安裝到渦輪機(jī)并成功測(cè)試后，Siemens開(kāi)始量產(chǎn)金屬打印的渦輪葉片，發(fā)展渦輪機(jī)的零部件后市場(chǎng)。
通過(guò)金屬打印技術(shù)的應(yīng)用和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的內(nèi)部整合，Siemens主要獲益如下：
便于不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化渦輪葉片產(chǎn)品表現(xiàn)：全面掌握核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)；省去傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中的鑄造和打孔等多個(gè)復(fù)雜環(huán)節(jié)；省去供應(yīng)商環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品利潤(rùn)率；通過(guò)應(yīng)用金屬打印技術(shù)，Siemens的整個(gè)生產(chǎn)周期僅為18個(gè)月，與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，生產(chǎn)周期大大縮短。此外，零部件金屬打印技術(shù)也可反哺其他產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)，為Siemens未來(lái)金屬打印技術(shù)的產(chǎn)品種類拓展做好準(zhǔn)備。
此外，Siemens還將金屬打印技術(shù)成功應(yīng)用于渦輪機(jī)噴頭的維修。此前，噴頭的維修需要替換掉大部分噴頭，在用傳統(tǒng)方法重新安裝新的噴頭。如今，通過(guò)金屬打印技術(shù)的應(yīng)用，只需要替換掉一小部分噴頭，再用金屬打印零件填充即可。維修周期從44周縮短到4周，大大提高顧客供貨效率、減少維修成本。
GE是另一家將金屬打印技術(shù)應(yīng)用于全線生產(chǎn)的先驅(qū)。它在金屬打印技術(shù)發(fā)展上共計(jì)投資15億美元，其中5千萬(wàn)美元用于投資一家位于阿拉巴馬州的工廠，主要生產(chǎn)金屬打印LEAP飛機(jī)引擎燃油噴嘴（預(yù)計(jì)2020年噴嘴產(chǎn)量達(dá)到35,000個(gè)）。跟由20個(gè)零部件組成的傳統(tǒng)燃油噴嘴相比，使用金屬打印技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的燃油噴嘴為一個(gè)整體零件，重量減少25%，使用壽命延長(zhǎng)5倍。噴嘴重量的減輕，為航空業(yè)客戶帶來(lái)燃油成本的顯著下降。
創(chuàng)新推動(dòng)金屬打印技術(shù)的應(yīng)用
盡管金屬打印市場(chǎng)仍處于萌芽狀態(tài)，GE、Siemens和Michelin/ Fives' AddUp等企業(yè)金屬打印技術(shù)創(chuàng)新的成功并非個(gè)例。多類金屬被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、航海、醫(yī)藥和牙科等諸多行業(yè)。
然而，金屬打印技術(shù)目前大多應(yīng)用于中小型的復(fù)雜高值零部件，而這些零部件本身不需要大規(guī)模的產(chǎn)量，GE和Siemens的案例便是如此。
其中一大原因在于，粉末床熔合技術(shù)（Powder Bed Fusion）仍是主流，通過(guò)熱能選擇性地熔化金屬粉末層區(qū)域。市面上大多數(shù)（約80%）金屬打印機(jī)所使用的都是這項(xiàng)技術(shù)。
然后，一項(xiàng)新興的金屬打印技術(shù)，即定向能量沉積技術(shù)（Directed Energy Deposition），正在興起。該技術(shù)與傳統(tǒng)粉末床熔合技術(shù)相比，生產(chǎn)效率更高，能以更低的單位成本生產(chǎn)更大、更為復(fù)雜的零部件，將進(jìn)一步推動(dòng)金屬打印技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新。
短期內(nèi)，金屬打印技術(shù)用于大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)金屬部件也許不大現(xiàn)實(shí)，也不大可能全面替代傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，但技術(shù)的發(fā)展正在開(kāi)拓更多的行業(yè)機(jī)會(huì)。未來(lái)，傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)下的諸多環(huán)節(jié)將進(jìn)一步減少和整合，帶來(lái)整個(gè)行業(yè)價(jià)值鏈的精簡(jiǎn)。
對(duì)于OEM廠商來(lái)說(shuō)，擁有一套高成熟度的軟件，對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程的優(yōu)化很重要。擁有橫跨整條價(jià)值鏈的全面能力也尤為重要，可以通過(guò)企業(yè)間的戰(zhàn)略合作來(lái)完成。
這將是一個(gè)漸進(jìn)式發(fā)展的行業(yè)，需要廠商重新審視自己的商業(yè)模式，識(shí)別成功應(yīng)用3D打印技術(shù)所需的核心競(jìng)爭(zhēng)力。