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德勤:3D打印结束炒作实现稳定增长 收入将达27亿美元

www.cechina.cn2019.01.17阅读 13662

  随着技术的进步,3D打印行业经历了一段时间的缓慢发展,最终实现了两位数的稳定增长。
  德勤预测,大型上市公司(包括企业3D打印机、材料和服务)与3D打印(也称为增材制造)相关的销售额将在2019年超过27亿美元,2020年将超过30亿美元。(对于前后背景,全球制造业的整体收入总计每年约12万亿美元。)这部分3D打印行业每年的增长率约为12.5%,是几年前的两倍多(图1)。

  而其它研究机构对3D打印的预测更为明朗,IDC预计2019年起全球支出将超过140亿美元,比2018增长23.2%,在预计2022年将达到230亿美元。
  研究人员称3D打印机和材料支出占全球市场总额的三分之二,在2022年达到78亿美元和80亿美元,2022年的服务支出将达到48亿美元,服务市场由按需零部件服务和系统集成服务主导。与此同时,3D打印相关软件的销售额将比整个市场增长缓慢,五年增长率为16.7%。
  从地域来看,2019年美国的支出总额最大,高达54亿美元,其次是西欧40亿美元。这两个区域将共同提供近三分之二的3D打印支出。中国将是第三大的地区,支出超过19亿美元,其次是亚洲/太平洋(不包括日本)中欧和东欧(CEE)、中东和非洲(MEA)。
  3D打印正在经历这一转折点,可能是因为多个行业的公司越来越多地使用它,而不仅仅是用于快速原型设计。如今的3D打印机能够打印更多种类的材料(这主要意味着更多的金属打印和更少的塑料打印,尽管塑料仍可能占主导地位);它们打印物体的速度比以前快,并且可以打印更大的物体(构建体积)。源源不断的新进入者正在扩大市场。 3D打印被认为是工业4.0中的“必不可少的部分”。先进的生产和操作技术与智能数字技术的结合被称为“第四次工业革命”。
  还有其他报告提供了该行业的历史、当前和预测市场规模。然而,它们基于专利研究,因此既不可复制,也不可证伪。相比之下,由于我们专注于大型上市公司,我们的历史和当前数据都是从公开来源、经审计的财务数据和季度更新的数据中挑选出来的。我们的前瞻性估计再次利用公开可得的资料,并根据现有的分析师一致估计;对于其中一些公司,超过12位分析师提供了前瞻性预测。
  3D打印的兴起,放缓和崛起
  像许多新技术一样,3D打印在早期也被过度炒作。到2014年,该行业(包括但不限于大型上市公司)的收入超过20亿美元,高于2009年不到10亿美元(某些基础专利到期的年份,以及第一个消费者家用3D打印机 RepRap3问世)。新闻报道兴奋地谈到“每个家庭都将成为一个工厂”,并且有人预测传统零件制造商、仓库和物流公司在短期内都会受到严重破坏。实际上,当时3D打印机主要用于制作塑料原型,虽然家用3D打印机既有趣又有教育意义,但它们制造的东西几乎从未具有适用价值。
  虽然没有崩溃,但3D打印行业过度炒作,导致它的发展速度放缓了。从图1中可以看出,行业中的大型上市公司在2015年和2016年经历了个位数左右的百分比增长(尽管一些公司确实看到同比收入下降),在经历了前几年过高的期望后,进入了预期下降的低谷。然而,这是一个浅谷,到2017年,增长再次加速。今天,我们预测未来几年的行业年增长率将远远超过10%。
  为何增长前景会反弹?首先得益于更多的3D打印材料。 2014年,可用于3D打印的材料清单已经很长了,但仍然远远不及零件制造中常用的完整材料清单。此外,许多零件需要由多种材料制成,当时的3D打印机并不适合这项任务。快进到2019年初,潜在的3D可打印材料清单已扩大到五年前的两倍以上,混合材料打印机正变得越来越普遍。
  在这方面,最大的转变往往是从塑料转向金属打印。塑料适用于原型机和某些最终零件,但价值数万亿美元的金属部件制造市场是3D打印机更重要的市场。从2017年到2018年,3D打印行业的一项调查显示,虽然塑料仍然是最常见的材料,但仅在那一年,塑料在3D打印中的份额就从88%下降到了65%,而金属打印的份额则从28%上升到了36%。按照这个速度,金属很有可能在2020年或2021年取代塑料CONTROL ENGINEERING China版权所有,用于所有3D打印一半以上的份额。
  另一个因素是速度。一次(用任何材料)制造一个超薄层是一个固有的缓慢过程。但自2014年以来,情况发生了变化。尽管打印时间会因形状的复杂性、打印作业的质量和/或使用的材料而有所不同,但从广义上讲,2019年市场上的3D打印机的速度是2014年的两倍,其他条件相同。
  一个特别有趣的创新是在金属打印领域。在过去几年中,使用选择性激光烧结(SLS)打印了许多金属零件。该过程相对缓慢且昂贵,并且需要接近真空的环境。最近的一种称为粘合剂喷射金属印刷的技术,可以将生产每个零件所需的时间缩短一半,准备在2019年推出。尽管粘合剂喷射技术使得实际的3D打印部分比SLS快得多,但如此打印的部件尚未完成,需要在烘箱中烧结烘烤后进行后处理,直到金属粉末熔化为止。不过,虽然烧结需要时间,但可以集中进行,所以大量零件的平均每件时间仍然比SLS快。)
  3D打印机不仅变得更快,而且它们的构建体积 - 可打印对象的大小 – 也正在增长。几年前,一台典型的高端金属打印机只能制造一个小于10 x 10 x 10厘米的物体。但在2019年,可适用多种打印机,构建体积为30 x 30 x 30厘米(9立方升)的物体。这允许制作更大的物体而无需打印较小的物体,然后组装它们。此外,在橡树岭国家实验室等实验室采用大面积增材制造(BAAM)技术,在非常大的建筑体积上取得了进展,其中x,y和z轴以米而不是厘米为单位测量。
  最后,一些大公司正在进入3D打印市场,验证空间并推动整个行业更快地进行创新。这些大型公司带来了研究投资、信誉、庞大的客户基础和营销力量,幸运的是,对于行业的增长,他们通常会扩大整体市场,而不是从现有的竞争者那里抢走销量。这些财富500强公司从3D打印中获得的收入对他们来说并不重要,对于一家价值500亿至1000亿美元的公司来说,即使是2.5亿美元的3D打印相关收入也不到其销售额的0.5%,但对于3D打印行业而言,这是非常重要的,到2020年可能占3D打印行业总收入的15%左右。此外,这些大公司进入3D打印对于产品而言具有很高的战略意义:他们正在使用3D打印以有趣的方式管理长尾并改善零件性能,例如打印重量更轻的零件,在制造中获得更大的灵活性,简化零件等等。

  3D打印是否会百分之百成为制造市场?
  随着近年来的所有改进,人们可能会问到为什么3D打印每年仅“增长”12%左右。如果3D打印机现在在制造最终部件方面如此有用,那么增长为什么不会更高呢?3D打印会成为制造东西的唯一方式吗?
  简而言之,没有。但要了解原因,值得探讨如何更细致地制造零件。
  基本上有三种方法可以一个零件:
  获取所需材料的数量,并根据需要进行塑造
  拿一块太多的材料,去掉不需要的东西(减法制造)
  随着时间的推移,使用材料逐步构建零件,直到完成所需的零件(增材制造或3D打印)
  第一种方法可涉及多种技术和材料;锻造、铸造、冲压和模塑(塑料注塑)是最常见的。这些技术已经使用了几十年甚至几个世纪;它们是众所周知的,在每个零件的基础上相对便宜,并且平均在几秒钟内生产零件(不包括精加工 - 几乎所有类型的零件制造,需要进一步加工以进行精加工,这可能需要几秒钟到几小时)。截至2018年控制工程网版权所有,以这种方式运转的机器每年价值3000亿美元,其中7台每年生产价值超过一万亿美元的零件。作为一个成熟的行业,这种制造模式在全球范围内平均每年以2-3%的速度增长。
  第二种技术 - 减法制造 - 可能涉及使用车床和许多其他大型工厂工具,但重要的是,它也可以通过计算机数控(CNC)机器来执行,这些机器正变得几乎无处不在。使用CNC机器制作物体的成本比上述技术高,每个部件需要几分钟而不是几秒钟(不包括完成时间)。然而,基于数控机床的制造在许多市场中非常有用,特别是在体积低于制造模具(例如)或最终部件不能使用旧技术制造的情况下。全球数控机床市场每年增长约7%,约为传统制造业的两倍;预计到2025年将达到1000亿美元,高于2018年的约600亿美元
  增材制造--3D打印 - 每个部件的成本仍然比使用CNC机器更昂贵(使其比传统制造成本高得多),并且每个部件需要数小时而不是几分钟(再次排除各种类型的精加工和后处理)。但是,有些零件只能通过3D打印制作,以及零件体积太小以至于传统制造或减法制造都不是最佳的情况。这些市场推动了我们预测3D打印的一些增长。另一个增长动力是3D打印通常对制作可能在前两种技术中使用的模具、铸件、工具、压铸模和夹具非常有用。
  3D打印机并不总是适合这项工作的工具,并且在可预见的未来,大多数零件仍然可能通过铸造、锻造、冲压、模塑等产生;数控机床将占很小的比例,3D打印的比例甚至更小。但是,即使是价值数万亿美元的全球零部件行业(每年仅金属零部件行业就价值1万亿美元)的1%,仍然是一个巨大的机会。
  此外,使用三种技术中的每一种来制造的零件的比例,都是指零件的单位体积。但是,使用CNC机床和3D打印机制造的物品往往比传统制造的物品价值高得多,因此通过更先进的技术制造的零件的美元价值将高于单位百分比所显示的价值。换句话说,像螺母和螺栓这样的零件将采用传统的方法制造。但这些部件都是大宗商品,价格低廉,而3D打印部件的价值可能高达数百甚至数千美元。
  3D打印机不可能取代传统制造技术这一事实非常重要。如果制造商不得不抛弃所有旧机器并切换到完全3D打印的世界,那将是一项艰巨的任务,但在这个过程的最后,它将具有一定的简单性。所有商品都将使用3D打印机制造,虽然公司需要大量的原料库存,但他们将不再需要零件仓库、仓库和配送中心。供应链和物流问题与今天不同,在某些方面更简单。
  但这可能不会发生。相反,公司和行业将始终不得不应对混合制造业,这更加复杂,难以管理。零件将使用所有三种方法制造,通常一次不止一种(这实际上是一项相当重要的技术,大大扩展了市场)。所有这些使得下面描述的解决方案比3D打印简单地取代更重要。
  结果
  在当今日益复杂的生产和维护环境中,越来越多的组织通过寻求3D打印来应对供应链和制造业务中的限制。
  公司应该如何开始3D打印?当然,没有一个答案。相反,将3D打印集成到组织战略中有多种途径。
  在高层次上,组织应该检查他们的商业模式。领导者应了解3D打印对其业务所代表的机遇和/或威胁,以及如何利用3D打印颠覆他们的行业。接下来,他们应该检查3D打印的商业案例。传统的单件价格比较并不总能完全发现3D打印的全部优势,因此为了正确评估业务案例CONTROL ENGINEERING China版权所有,公司应开发生命周期成本比较,以便在产品开发、生产和服务/售后市场中捕获3D打印的优势(如果有的话)。评估的关键是了解公司今天在哪里部署3D打印,想在哪里应用3D打印(愿望),最后应用于何处(基于现实的雄心)。在此之后,公司应确定是否继续实现目标CONTROL ENGINEERING China版权所有,即3D打印的商业案例是否有意义,如果有,那么在哪里(例如在供应链,产品开发或其他领域)。在测试可行性、可用性和可取性之后,领导者应该评估其流程和资产的当前状态,然后制定路线图以随着时间的推移进行扩展。
  要在工业规模上使用3D打印,组织需要管理一系列复杂的、相互连接的和数据驱动的事件。“数字线”是一条从最初设计到成品的无缝数据链,是优化3D打印生产能力的关键。德勤称之为“增材制造的数字线”,简称DTAM。
  我们围绕DTAM和3D打印的五个主要建议是:
  评估工具和技术的当前状态。对一个制造资源的当前状态进行盘点,可以使公司识别任何痛点,并了解他们可能需要集中精力的地方。
  确定公司应关注的重点:产品开发,供应链优化或两者兼而有之。一旦制造商评估了他们当前的能力以及他们希望在图2所示的3D打印框架内的位置,他们就可以开始制定构建和实施DTAM或一般3D打印方法的路线图。至关重要的是,这应该与业务案例相关:重点应放在推动业务成果上,而不仅仅是建立能力。
  考虑当前的数据存储和使用方法以及它们如何映射到DTAM。 3D打印应该整合到一般的制造过程中。为实现这一目标,组织需要一个包含3D打印的数字线程以及他们也可能使用的任何成型和减法技术。公司可以检查他们如何在当前的制造实践中收集、存储和使用数据控制工程网版权所有,然后考虑他们是否正在尽可能有效地存储和使用来自工厂车间的信息。通过这种方式,他们可以构建更高效的DTAM。很容易想象使用所有三种制造技术的场景,但这些活动可能需要由贯穿整个制造过程的数字骨干(线程)支持。
  了解到目前还没有创建DTAM的一站式端到端解决方案。公司应该检查实施DTAM和扩展3D打印将如何影响他们的业务,以及根据他们的特定需求开始构建需求。
  为员工着想。 3D打印和DTAM都需要工程师和组织内其他人员的接受和采用,因此招聘、培训和保留是重要的考虑因素,变更管理也是如此。
  经过几十年的发展,3D打印终于达到了比大多数其他制造技术更持续增长的时期。 与许多其他新技术一样, 重要的是“从大的方面考虑,从小的方面开始,迅速扩展”。“未来几年,3D打印可能会在从机器人到火箭飞船的各种制造业中得到更广泛的应用。”对制造业以外的行业的连锁反应可能是深远的。
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