本期從商業(yè)層面，降低成本、新工藝和更多的研發(fā)投入是2018年3D打?。ㄔ霾闹圃焓袌?chǎng)）增長(zhǎng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。隨著自動(dòng)化程度的提高，材料的擴(kuò)大，體素的控制以及軟件的改進(jìn)也都會(huì)對(duì)2018年的3D打印市場(chǎng)發(fā)揮積極作用。

并購(gòu)趨勢(shì)

    兼并和收購(gòu)將在增材制造的未來(lái)發(fā)揮重要作用。具體而言，通過(guò)收購(gòu)的方式以確保獲取供應(yīng)鏈的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將變得越來(lái)越重要。包括那些對(duì)金屬粉末制造商的兼并舉動(dòng)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的升級(jí)，那些在上下游供應(yīng)鏈跑馬圈地的企業(yè)將獲取引領(lǐng)市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。雖然這些資本橫掃一切的舉動(dòng)將或使中小企業(yè)的生存變得更加困難，不過(guò)這些企業(yè)之間的合作關(guān)系將會(huì)升級(jí)為新的可能性。這將簡(jiǎn)化從材料到成品的流程，使其更具成本效益，提升效率，帶來(lái)從訂購(gòu)到生產(chǎn)的新自動(dòng)化水平。

自動(dòng)化

    機(jī)器人單元的自動(dòng)化趨勢(shì)貫穿了2017年全年，這一趨勢(shì)將在2018年得到加強(qiáng)。Formlabs推出了帶機(jī)械手的3D打印智能管理系統(tǒng)Form Cell, Form Cell可以全天不間斷運(yùn)行，節(jié)約人力成本，并且 Form Cell的軟件管理系統(tǒng)具備錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，這使得批量生產(chǎn)更流暢。

圖片來(lái)源：Formlabs

       3D Systems發(fā)布了Figure 4 SLA 3D打印平臺(tái)，這些自動(dòng)化單元可以連續(xù)打印，F(xiàn)igure 4系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、可擴(kuò)展的平臺(tái)，可以生產(chǎn)小型塑料部件。與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝相比，其生產(chǎn)能力提高了15倍，成本降低了20%。Figure 4結(jié)合了“高速數(shù)字成型”——一種加快并簡(jiǎn)化塑料零件生產(chǎn)的3D打印工藝，并配有四個(gè)不同的版本：生產(chǎn)型，一個(gè)集成后處理和自動(dòng)化物料傳送的可擴(kuò)展的自動(dòng)化系統(tǒng)；模塊型，一個(gè)包含了自動(dòng)化材料處理和集中后處理的可升級(jí)且價(jià)格實(shí)惠的系統(tǒng)；獨(dú)立型，一個(gè)適用于小批量生產(chǎn)和制造快速功能原型的工業(yè)級(jí)單引擎解決方案；牙科專(zhuān)用型，一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)牙科生產(chǎn)，原型設(shè)計(jì)和失蠟鑄造的配有集中后處理功能的單引擎3D打印機(jī)。所有這些系統(tǒng)都綁定了3D Systems的3D Sprint和3D Connect軟件。 3D Sprint可以協(xié)助處理3D打印準(zhǔn)備事宜，而3D Connect則是一款新型云解決方案，可為生產(chǎn)環(huán)境提供前瞻性和預(yù)測(cè)性的相關(guān)服務(wù)。

    通過(guò)自動(dòng)化，客戶可以從可重復(fù)和持續(xù)的3D打印中獲得時(shí)間和成本優(yōu)勢(shì)。這些都進(jìn)一步強(qiáng)化了3D打印在縮短設(shè)計(jì)迭代周期和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品制造方面的優(yōu)勢(shì)。

     自動(dòng)化在3D打印領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)是多維度的，一個(gè)維度是我們通常所熟悉的自動(dòng)化，也就是上述的自動(dòng)化產(chǎn)線這些硬軟件層面的實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)維度是自動(dòng)化訂單實(shí)現(xiàn)，包括Xometry（2017年獲得包括GE在內(nèi)的2300萬(wàn)美金的投資）、Maketime等在線平臺(tái)都提供自動(dòng)匹配3D打印訂單與3D打印服務(wù)商之間的交易服務(wù)。西門(mén)子和達(dá)索也十分重視Market Place這樣的自動(dòng)化訂單匹配平臺(tái)。

這些自動(dòng)匹配訂單的Market Place成為3D打印在自動(dòng)化方面另外一個(gè)維度的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)人員只需要上傳文件，無(wú)需擔(dān)憂如何尋找供應(yīng)商和如何控制質(zhì)量的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)線程和數(shù)字雙胞胎

     波音公司在將3D打印技術(shù)用于787夢(mèng)想飛機(jī)的開(kāi)發(fā)工作時(shí)，開(kāi)始了一些相關(guān)的過(guò)程中質(zhì)量控制工作。一個(gè)小的孔隙可能會(huì)導(dǎo)致大的裂紋的產(chǎn)生，整個(gè)航空航天制造領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)苛要求將3D打印技術(shù)不斷推向更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹圃旃に嚳刂扑?。質(zhì)量控制軟件可以跟蹤加工過(guò)程，并使得質(zhì)量問(wèn)題可追溯化。

    仿真在質(zhì)量控制方面也發(fā)揮著積極的作用，拿2017年被Ansys收購(gòu)的增材制造仿真軟件3DSIM來(lái)說(shuō)，軟件需要預(yù)測(cè)在粉末的特性對(duì)產(chǎn)品性能的影響，并確定哪些零件需要嚴(yán)格控制粉末以達(dá)到最高性能。嚴(yán)格的規(guī)格要求更精確的材料測(cè)試，這增加了制造商的成本，越嚴(yán)格的要求對(duì)應(yīng)著越昂貴的測(cè)試成本，通過(guò)仿真對(duì)材料屬性在增材制造過(guò)程中發(fā)揮的作用，減少昂貴材料的浪費(fèi)，以及避免試驗(yàn)不通過(guò)的材料情況發(fā)生。

     不僅如此，硬軟件的結(jié)合也成為一種仿真趨勢(shì)，增材制造仿真的專(zhuān)業(yè)公司3DSIM已經(jīng)與Sigma Labs合作開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為FLEX?軟件，該軟件模擬熱傳感器對(duì)金屬增材制造工藝的響應(yīng)，提前避免可能發(fā)生的錯(cuò)誤，F(xiàn)LEX?全部商業(yè)版本計(jì)劃于2018年初發(fā)布。FLEX?是增材制造數(shù)字線程中的關(guān)鍵部分，F(xiàn)LEX?用戶可以運(yùn)行一個(gè)模擬軟件，預(yù)測(cè)他們3D打印設(shè)備中的高速非接觸式高溫計(jì)將“看到”什么，就像二維打印文字處理軟件的“打印預(yù)覽”功能一樣。

       增材制造數(shù)字線程包括設(shè)計(jì)信息、材料、工藝、加工以及測(cè)試信息。根據(jù)數(shù)字線程所記錄的信息，科學(xué)家們希望利用這些大數(shù)據(jù)來(lái)建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，以進(jìn)行有效的變量的相關(guān)性分析，從而提高對(duì)零件質(zhì)量和加工穩(wěn)定性的控制。在這方面，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）與田納西理工大學(xué)（TTU）還提出了關(guān)于增材制造數(shù)字線程的邏輯地圖。

為了更加一致的質(zhì)量穩(wěn)定性，GE將人工智能技術(shù)運(yùn)用到3D打印過(guò)程中來(lái)。人工智能允許在加工過(guò)程中檢測(cè)任何會(huì)影響到質(zhì)量的因素，使得操作人員能夠確保進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而減少質(zhì)量缺陷的發(fā)生，避免材料的浪費(fèi)。最終目標(biāo)是獲得完美的100％的質(zhì)量控制結(jié)果。沒(méi)有浪費(fèi)的材料和沒(méi)有失敗的3D打印，這往往是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)想。然而，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，一個(gè)更智能的系統(tǒng)正在逼近目標(biāo)，并且通過(guò)數(shù)字雙胞胎，創(chuàng)建一個(gè)模擬的仿真模型，使得加工過(guò)程更加可預(yù)測(cè)。

在今天，關(guān)于過(guò)程中質(zhì)量控制的努力在全世界范圍內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)展開(kāi)。美國(guó)伊利諾斯州阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也在2017年首次揭示了在3D打印金屬生產(chǎn)過(guò)程中微觀缺陷是如何產(chǎn)生的。該研究利用APS（美國(guó)主要的硬核（短波）X射線源來(lái)對(duì)增材制造過(guò)程進(jìn)行成像。像這樣的研究將提供更準(zhǔn)確的在線檢查數(shù)據(jù)，反過(guò)來(lái)，將通過(guò)提高制造過(guò)程的可靠性來(lái)推動(dòng)增材制造市場(chǎng)的發(fā)展。

體素控制

雖然檢查零件的質(zhì)量，每一個(gè)影響質(zhì)量的因素都是重要的，但內(nèi)外兼修是3D打印產(chǎn)品的發(fā)展方向。不但好用-尤其是金屬3D打印領(lǐng)域，還要好看-尤其是塑料3D打印領(lǐng)域。

    2015年，來(lái)自德國(guó)Fraunhofer計(jì)算機(jī)圖形研究所的研究人員Alan Brunton及其同事發(fā)表了一篇題為《推進(jìn)3D彩色打印的邊界：誤差擴(kuò)散與半透明材質(zhì)（Pushing the Limits of 3-D Color Printing: Error Diffusion with Translucent Materials）》的論文，描述了一種能夠生成高度清晰和相當(dāng)準(zhǔn)確的彩色3D打印對(duì)象的算法過(guò)程，根據(jù)這種算法3D打印出來(lái)的對(duì)象相當(dāng)?shù)谋普?。這項(xiàng)研究專(zhuān)注于“體素化”的噴墨三維打印。類(lèi)似于二維圖片的像素由一個(gè)點(diǎn)所蘊(yùn)含的顏色來(lái)計(jì)算，可以將其理解為由單個(gè)噴墨液滴來(lái)表示的一個(gè)3D像素?？梢岳斫鉃檫@些研究人員創(chuàng)造的這種算法能夠使一臺(tái)3D打印機(jī)直接使用一種分層半色調(diào)方法控制每個(gè)體素的顏色和材質(zhì)。所謂的半色調(diào)，是利用網(wǎng)點(diǎn)來(lái)模型一個(gè)對(duì)象的連續(xù)色調(diào)變化。

    2017年，Stratasys率先推出了體素級(jí)別的3D打印解決方案，其Polyjet系列的J750將多材料和高精度多色彩3D打印推向了一個(gè)全新的水平。隨后惠普宣布將在2018年推出全彩3D打印系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)體素級(jí)別的分辨精度，從而實(shí)現(xiàn)快速制造。其他方面包括XYZ Printing的da Vinci彩色3D打印以及Mcor都紛紛達(dá)到了前所未有的色彩分辨率水平。

金屬3D打印技術(shù)分化

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDTechEx預(yù)測(cè)全球3D打印金屬市場(chǎng)到2028年將達(dá)到120億美元。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，2017年上半年金屬3D打印行業(yè)銷(xiāo)量最高的公司EOS達(dá)到了1億多美金銷(xiāo)售收入，EOS比其同期增長(zhǎng)了8%。所以從今天的市場(chǎng)情況來(lái)看，2028年達(dá)到120億美元的確是個(gè)飛躍般的增長(zhǎng)。

當(dāng)然金屬3D打印技術(shù)在2017年出現(xiàn)了明顯的分化，以粉末床激光熔融技術(shù)為代表的直接金屬3D打印與以粘結(jié)劑噴射技術(shù)為代表的間接金屬3D打印形成了各有千秋的特點(diǎn)。

原本并不引人注目的粘結(jié)劑噴射技術(shù)以Desktop Metal在2017年D輪1.15億美元迅速成為3D打印行業(yè)獨(dú)角獸而成為關(guān)注熱點(diǎn)。

或許間接金屬3D打印技術(shù)在2017年只是“小菏才露尖尖角”，因?yàn)樵贒esktip Metal成為獨(dú)角獸的不久，惠普宣布將在2018年推出噴墨金屬3D打印技術(shù)，而GE則于2017年12月對(duì)外公布了一臺(tái)基于粘結(jié)劑噴射工藝的原型3D打印設(shè)備，其構(gòu)建體積為：300 x 300 x 350 mm 。仍有一款構(gòu)建體積為原型設(shè)備2-3倍的設(shè)備目前正在研發(fā)中。這些大型企業(yè)的進(jìn)入，將進(jìn)一步加速間接金屬3D打印技術(shù)在應(yīng)用端的轉(zhuǎn)化速度。

  2017年的3D打印市場(chǎng)無(wú)疑讓人感到前所未有的紛亂復(fù)雜，也只有精明的玩家才能在增材制造業(yè)中占有一席之地。3D科學(xué)谷將推出一系列的文章為谷友解析這個(gè)行業(yè)正在走向何方？