调查研究：金属增材制造技术行业应用差异及释放潜力的条件

在中我们 提到，金属增材制造技术正在经历漫长的渗透过程。而基于该技术的市场则囊括了几十家具有同质产品的企业，在相对较小的当前市场发展阶段，未来将会朝着什么方向发展？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，并预测了未来前景，结合该技术正在各行各业发挥的作用差异，试图揭示其真实的发展潜力。本文为调查报告的下篇，主要介绍金属增材制造技术在当前各领域的应用差异以及

在各行业发挥的作用有差异

对于用户来说，关键是要依赖增材制造技术创造价值，最终带来更低的制造成本或更高的利润率。然而，实现这一目标的距离因行业而异。医疗保健行业走在了最前沿，将金属增材制造作为一种成熟的生产替代方案，并在十多年的时间里成功将骨植入物和牙齿修复体等产品推向市场。

其他行业，如航空航天、国防和能源，目前正对越来越大的机器、新材料和成熟的软件工具所带来的可能性充满热情。这些行业发展迅速，发展周期突飞猛进。虽然民航业目前停滞不前，但随着新一代飞机项目的启动，预计增材制造技术的采用将得到提振。在过去的十年中，广泛的研究和开发工作以及工程人员经验的增长，为重新设计组件并实现功能目标奠定了基础；除此之外，生产和质量保证方法也在迅速发展。

在汽车领域，金属增材制造多年来一直是一个具有挑战性的话题。虽然赛车运动和高性能汽车取得了相当大的成功，但大量中低端车型缺乏金属增材制造应用。一些汽车制造商甚至缩减了投入，对烧结技术的高期望尚未得到证实，最典型的例子就是福特公司曾与Exone合作开发铝合金，但多年过去未有商业案例公开。然而，尽管面临巨大的成本压力，原始设备制造商以及一些一级和二级供应商仍在努力使金属增材制造具有竞争力，其目的是引入符合汽车工业要求的新材料和优化策略。

垂直工业领域的参与者在利用金属增材制造生产工具或一般工程部件方面具有巨大的潜力。然而，这个行业的许多人仍然没有完全意识到在他们的生产过程中已经或多或少使用这项技术。重工业、造船和铁路等领域的采用情况各不相同，许多领域最近才开始探索增材制造，其中一个障碍是所需零件的大尺寸和必要的高材料沉积率。

从投资者的角度来看，备受追捧的目的是在正确的时间实现指数级增长。目前，金属增材制造市场被认为是一个极具潜力的市场，它在过去的年增长率为20%，根据目前的数据预测，未来几年仍将以相当高的水平持续增长。

技术应用能发展到什么程度

金属增材制造技术能发展到什么程度，可以通过检查总目标市场和通过增材制造技术的潜在覆盖范围来确定。

金属增材制造技术不可避免的会与其他生产技术发生竞争。它带来了诸多的制造便利从而提高了产品的附加值，如功能集成、性能提高和制造工具的消除，最终转化为一个能够进行比较的指标：每单位质量的成本。这允许与其他技术进行比较，并能够在设计阶段就制造方法做出客观的选择。通过绘制生产成本与材料消耗关系图，可以根据单位成本来估计潜在使用市场。此外，可以通过将该估计值与3D打印材料的当前原料消耗量进行比较来评估采用率。

例如，在铝合金3D打印应用中，组件的生产成本约为每公斤250-300欧元。根据AMPOWER报告的数据，目前每年以粉末、棒材或其他形式消耗约600吨原料，这意味着目前约300万吨的潜在使用市场的采用率仅为0.02%。

未来，技术进步将提高生产力，同时降低成本。这将扩大潜在的目标市场，到2030可以预计铝合金3D打印的成本将降至每公斤100-200欧元之间。现阶段，3D打印技术将进入更广泛的竞争，包括机械加工、熔模铸造，以及在某种程度上的砂型铸造。因此，预计到2030年，金属增材制造和铝材料的目标市场将翻一番，达到600万吨。

金属增材制造铝合金的潜在市场评估:现在和未来(2030年)情景(由AMPOWER提供)

将未来潜在应用市场的规模与AMPOWER报告中的原料消耗预测进行比较，到2030年，许多材料的采用率将显著增长。一方面，预计原料消耗量每年将增加20%-40%，具体取决于合金种类。另一方面，由于上述技术进步，潜在应用市场规模将翻一番。通过结合这些预测，到2030年，钛、镍和钴铬合金40%-60%的潜在市场将使用3D打印生产，3D打印从而获得了更大程度的发展。

按合金类别划分的潜在市场的金属增材制造采用率和未来潜力(AMPOWER提供)

这些合金采用率的大幅增长并非巧合。它们已经在各个行业找到了许多应用，这些应用的成功将导致更快的采用。医疗、航空航天和能源等行业多年来一直在广泛探索3D打印技术，从这些合金提供的温度稳定性、韧性或生物相容性中受益匪浅。然而，预计到2030年，其他金属合金的采用率将更低。钢合金预计将达到约10%至15%，而铝的相对采用率预计将提高八倍。尽管如此，即使有了这一增长，也只能解决一小部分潜在市场应用。

释放巨大潜力的两个条件

金属增材制造技术要释放巨大潜力，实现批量生产，必须满足两个条件。

1. 可靠的技术成熟度水平

技术必须达到可靠的成熟水平，创新的增量飞跃变得越来越小。对于粉末床激光熔融技术，我们正在逐渐接近这个成熟水平。可以观察到，当前可用的LPBF机器之间的差异很小，在过去的五年里，有一些小的创新步骤，如从两个激光束到四个甚至更多激光束的转变。然而，保持这种创新是持续的挑战。创新型公司一直在扩大机器的打印能力，在短时间内将构建量增加了一倍，激光器数量增加了两倍。

可靠的技术成熟度水平非常重要，当使用增材制造作为生产技术时，公司需要一定程度的可预测性。而 一项技术一旦合格，就不应该在一年内过时。 此外，在未来几年，相同的机器必须可用于扩展和更换。

2. 需要足够多的成功应用来证明成功

第一个成功应用必须产生足够的数据，从而在客户中树立信心，并产生收入。MTU航空、通用电气、西门子能源、LIMA和史崔克等公司在最初的系列应用方面做了开创性的工作，并承担了重大风险。这些公司及其竞争对手需要几年时间才能在新项目中完全实现技术转变，从而产生真正的规模效应。

然而，在某些行业，随着越来越多的应用转向3D打印生产，一些风险正在显现。牙科、医疗、航空航天、国防和能源部门尤其将增材制造作为新的“首选”生产技术。

考虑到成熟度指数和采用率，用于CoCr、Ni和Ti等高价值合金的PBF技术将在未来五到七年内“全面发展”。如能达到钢和铝合金铸造和机加工那样同步发展，3D打印还需要进一步的创新飞跃，以大幅降低成本并提高生产力。在现阶段，区域金属打印让这一飞跃看到了希望，但仍需要长期采用和资格认证过程来进一步推动其更进一步的发展。

其他金属增材制造技术也是如此，但一些技术在不久的可能会过时，也可能会成就更有潜力的市场。当前被关注较多的粘结剂喷射和电弧增材制造，仍需经历PBF在过去十五年中经历的漫长教育、采用和资格认证过程。第一批应用目前正在进入市场，但发展至成熟至少还要十年。

总之，尽管仍有挑战需要克服，但迄今为止取得的进展和对增材制造技术日益增长的信心表明，我们正在朝着目标稳步前进。随着不断的进步，各个行业的采用率不断提高，以及通过成功的应用获得的信任，可以期待3D打印技术将在未来发挥更为重要的作用。

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