增材技术从诞生到现在刚刚经历30年的发展征程,处于产业发展的成长期阶段,属于新兴产业,其工艺流程、设备、生产线、工厂模式和上下游产业链相较于传统制造业仍处于不断更新和完善之中,其在降低加工复杂度、解决结构性支撑和减重、节约制造时间、材料和后续处理成本等方面已得到航空航天、军工、汽车、医疗等多行业的实践验证和认可。
金属级增材制造技术快速迭代更新,但其成熟度还达不到传统机械加工的车、铣、铇、磨、钳和热加工的铸、锻、焊、粉末冶金等制造技术。按照航空航天产品的5级成熟度分析,1级:初步概念机诞生,2级:摸清产品的基本原理和基本规律,3级:用上述原理进行研制,并且不断优化,4级:设计最终定型,图纸不再更改,5级:工艺路线彻底定型,并且确保90%以上的成品率。目前金属级增材制造行业正处于从3级向4级跨越阶段。
Wohlers Associates也侧面印证了以上观点,根据其报告,2019年增材制造的终端产品应用占比达到30.9%,首次超越了原型制造(占比24.6%),成为下游第一大应用方向。这标志着增材制造产业开始走向成熟,从之前的原型制造转向了快速终端应用制造,增材技术不再是简单用于科研/教育或者原型展示的辅助型制造技术。
目前,增材制造技术路线逐渐定型,产业标准化和规则逐渐清晰,工艺参数通过试验不断校准,工艺流程持续优化创新,使得增材制造产成品越来越成熟,其性能指标已接近甚至超越铸造、锻造产成品。增材制造产成品逐渐被更多行业所接受,规模化的推广应用带动了成本的逐步降低,随着产品性价比和效率的进一步释放,增材制造必将呈现爆发式增长并且产生鲶鱼效应,颠覆传统制造业的上百年来固有的加工模式,未来世界产业结构有望进一步优化调整。
从1986年光固化成型技术(SLA)诞生到现在,世界范围内已出现多达十几种不同的增材制造技术路线。按照选用的原材料不同,增材制造技术可分为金属级和非金属级两大类。根据《国家增材制造产业发展推进计划2015-2016年》,金属级增材制造包括:SLM技术、EBSM技术、LENS技术、EBDM技术等。非金属级增材制造包括:SLA技术、SLS技术、3DP技术、FDM技术、PJ技术等。
世界增材制造行业从诞生到现在,仅仅经历34年的发展时间,但行业快速增长,尤其是近10年来,行业产值加速提升,显示出非常强的生命力。Wohlers Associates是美国专门从事增材制造和3D打印研究的咨询机构,也是世界范围内公认的最具权威的增材制造行研机构,其关于增材制造行业的年度研究报告已经出版到第25个年头了,是增材制造行业健康发展的晴雨表。根据其年度报告Wohlers Report 2020,全球增材制造行业产值(包含设备、原材料、零部件、服务等)从2003年的仅5.29亿美元,增长到2019年的118.67亿美元,16年来行业增长超过22.43倍。增材行业在2008-2009年增速明显下滑,主要系当年世界经济危机影响,但是2010年之后便出现强劲反弹,近十年行业复合增速超过27.23%,显著高于全球GDP增长。
当前增材制造上游和中游(包括增材原材料、核心零部件、软件、设备销售等)约占行业总产值的40%,下游服务(包括产品设计、打印、培训、设备修复、咨询等)约占60%。从发展趋势看,增材服务产值的占比在持续提升。这表明增材制造在下游市场已经越来越得到客户的认可,且增材制造服务的增速高于上游原材料和中游设备的增速。