當前，制造業(yè)正處于轉(zhuǎn)型之中，各種與之相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和迭代被稱之為“第四次工業(yè)革命”。蒸汽動力和機械化生產(chǎn)催生了第一次工業(yè)革命的種子；利用電力實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)帶來第二次工業(yè)革命的興盛；通過信息技術(shù)（IT）和電子技術(shù)來實現(xiàn)生產(chǎn)自動化則被命名為第三次工業(yè)革命；而第四次工業(yè)革命實際上將建立在這些革命的基礎(chǔ)之上。

　　在整個工業(yè)界蓬勃發(fā)展的驅(qū)動下，技術(shù)正以指數(shù)級的速度發(fā)展，科技進步日新月異。那我們有哪些可以期待呢？例如3D打印技術(shù)和機器人技術(shù)，例如3D打印技術(shù)+機器人技術(shù)？

　　機遇與挑戰(zhàn)并存

　　近日，調(diào)研機構(gòu)MarketsandMarkets發(fā)布的報告顯示，2023年全球3D打印機器人市場規(guī)模為16億美元，預測到2028年將達到32億美元，期間復合年增長率為14.6%。該市場何以有如此高的增長率？

　　機遇：政府支持和產(chǎn)品特性

　　從行業(yè)環(huán)境層面：首先，政府對增材制造（AM）項目的投資成為3D打印機器人市場增長的關(guān)鍵驅(qū)動力。全球各國政府已經(jīng)認識到增材制造技術(shù)的變革潛力，并正在大力投資以推動其發(fā)展和應用；其次，全球風險資本對增材制造企業(yè)的投資正在快速增長。根據(jù)制造技術(shù)協(xié)會（Associationfor Manufacturing Technology）2023年4月公布的數(shù)據(jù)，這種投資每年以36.7%的速度顯著增長。在2021年，額外融資達到了5.14億美元，而在2022年，這一數(shù)字增加到了18.53億美元。這些資金被投入到從研發(fā)計劃到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多個領(lǐng)域，旨在促進創(chuàng)新、提高經(jīng)濟競爭力、創(chuàng)造就業(yè)機會和應對行業(yè)挑戰(zhàn)。

　　從產(chǎn)品本身層面：3D打印機器人擁有專門的機械臂，具有很高的自由度。這種自由度通過釋放復雜形狀的潛力，為3D打印領(lǐng)域帶來了全新的定義。傳統(tǒng)的3D打印機僅限于三個自由度，限制了沿X、Y和Z軸的移動。然而，3D打印機器人通常至少擁有五個自由度，使其能夠在更多方向上進行操作，包括圍繞X、Y和Z軸進行旋轉(zhuǎn)。這種靈活性使得3D打印機器人能夠訪問并打印以前無法觸及的復雜細節(jié)，從而擴大了打印的潛在應用范圍。

　　3D打印機器人的發(fā)展就沒有阻礙了嗎？當然不是。當前3D打印機器人的發(fā)展也面臨著技術(shù)和成本的挑戰(zhàn)。

　　挑戰(zhàn)：互操作性和成本

　　在3D打印機器人市場中，互操作性是一個重要的挑戰(zhàn)。3D打印機器人涉及的硬件組件眾多，包括機械臂、打印頭、構(gòu)建平臺和控制系統(tǒng)等，這些組件通常來自不同的供應商，導致缺乏無縫集成。這種狀況可能會對打印產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響，限制了打印各種物體的有效能力。此外，硬件的集成不足可能導致精度、準確性和可重復性方面的問題，從而給行業(yè)帶來重大挑戰(zhàn)。

　　3D打印機器人市場的發(fā)展也受到高昂安裝成本的制約。這一經(jīng)濟負擔不僅包括購買機器人所需的初始投資，還涉及到軟件集成、基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)整和技術(shù)人員培訓等額外費用。對于中小型企業(yè)（SMEs）來說，這些費用可能會構(gòu)成巨大的挑戰(zhàn)，使它們對采用這種先進技術(shù)望而卻步，從而限制了其發(fā)展?jié)摿Α４送?，與維護、修理和采購專用材料相關(guān)的經(jīng)常性運營支出也會增加企業(yè)的總體擁有成本。這些持續(xù)的財務負擔可能會使企業(yè)的資源變得緊張，尤其是那些在競爭激烈的市場中運營且利潤微薄的企業(yè)。

　　市場前景可期

　　從機械昆蟲到軟體機器人到工業(yè)應用領(lǐng)域的3D打印機器人，該行業(yè)始終以持續(xù)不斷的創(chuàng)新力向前發(fā)展著，在未來五年，3D打印機器人行業(yè)將會迎來哪些趨勢呢？

　　1）機器人手臂領(lǐng)域發(fā)展迅速

　　機器人手臂在3D打印中發(fā)揮著重要作用，它們提高了打印速度、精度和處理大型復雜零件的能力。此外，機器人手臂還能降低勞動力成本并增強安全性，最大限度地減少了對支撐結(jié)構(gòu)的需求，提高了表面光潔度，并實現(xiàn)了后處理任務的自動化。隨著機器人3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，其在效率和多功能性方面有望取得更多突破。

　　例如，2023年2月，Rapid Robotics公司（美國）與安川美國公司（日本）展開合作，進一步擴大了其工業(yè)機器人手臂解決方案組合。這次合作為北美制造商提供了更快的速度、更高的有效載荷和更強的性能。

　　2）關(guān)節(jié)型機器人市場份額或?qū)⒖焖僭鲩L

　　關(guān)節(jié)型機器人的多功能性和精確性使其在3D打印中得到廣泛應用。它們能夠通過復雜的動作操控3D打印噴嘴或工具頭，從而創(chuàng)建出復雜的定制對象。這種精確性和靈活性使得關(guān)節(jié)型機器人在需要高精度和復雜設(shè)計的領(lǐng)域中尤為重要。關(guān)節(jié)型機器人能夠靈巧地控制復雜的幾何圖形并生成精細的結(jié)構(gòu)，這有助于提高3D打印流程的效率和輸出質(zhì)量。當關(guān)節(jié)型機械臂與3D打印頭結(jié)合時，可以實現(xiàn)大規(guī)模、多功能的3D打印流程。

　　此外，這些機器人與各種3D打印技術(shù)兼容，如用于金屬的線弧增材制造或基于顆粒的打印顆粒擠出。隨著3D打印機器人的快速發(fā)展，尤其是在建筑行業(yè)的應用，關(guān)節(jié)型機器人的可擴展性為市場增長提供了巨大的潛力。機械臂供應商與第三方3D打印專家之間的合作推動了各種大規(guī)模增材制造方法的創(chuàng)新和商業(yè)化。

　　3）原型制作可能成為主要應用領(lǐng)域

　　在原型制作領(lǐng)域中，機器人3D打印技術(shù)為各行業(yè)帶來了顯著的益處。例如，在汽車行業(yè)，它能夠快速制造復雜部件，并提供更大的設(shè)計靈活性；在航空航天領(lǐng)域，它能產(chǎn)生既輕便又堅固的結(jié)構(gòu)，進而提高燃油效率；在電子領(lǐng)域，它則有助于實現(xiàn)產(chǎn)品微型化，促進了創(chuàng)新型小工具的發(fā)展。在汽車、航空航天和電子等行業(yè)，3D打印機器人技術(shù)不僅加快了產(chǎn)品的開發(fā)速度，還鼓勵了創(chuàng)新思維，支持了可持續(xù)發(fā)展的實踐。這不僅提高了各行業(yè)的競爭力，還有效地減少了材料浪費。

　　此外，在汽車行業(yè)中，原型設(shè)計在驗證設(shè)計、測試性能、促進創(chuàng)新以及與供應商合作等方面都起到了至關(guān)重要的作用。它確保了安全、高效和創(chuàng)新的汽車開發(fā)過程。而在航空航天和國防領(lǐng)域，原型制作對于降低與尖端復雜技術(shù)相關(guān)的風險、為特定任務定制解決方案以及完善系統(tǒng)集成以滿足嚴格的安全和性能要求都至關(guān)重要。

　　4）亞太地區(qū)市場預計增長最快

　　在亞太地區(qū)，3D打印機器人在各個領(lǐng)域都取得了顯著的發(fā)展，廣泛應用于汽車、航空航天、快消品和建筑行業(yè)。這些機器人能夠以更高的效率和精度制造零部件，徹底改變了傳統(tǒng)制造方式。在關(guān)鍵因素的推動下，當前日本已成為率先在建筑行業(yè)采用3D打印機器人的國家。隨著日本人口老齡化和勞動力減少，建筑行業(yè)面臨著嚴重的勞動力短缺問題。因此，通過采用3D打印機器人實現(xiàn)自動化成為了一個重要的解決方案。此外，日本對建筑的需求很高，要求兼具耐用性和美觀性，這與3D打印機器人創(chuàng)建復雜結(jié)構(gòu)的能力完美契合。

　　行業(yè)近期動態(tài)

　　近一兩年內(nèi)，隨著工業(yè)智能化的持續(xù)推進，3D打印機器人行業(yè)也迎來了更多新的合作和技術(shù)進步：

　　2023年9月，Massive Dimension與電力和自動化技術(shù)提供商ABB達成合作，將快速成型工具技術(shù)全面集成到ABB的機器人產(chǎn)品組合中，涵蓋了從多功能GoFa CRB 15000 cobots到大型ABB IRB 8700機器人。這一合作改變了機器人的能力，使其能夠適應并不斷發(fā)展，打破了行業(yè)中原有的限制。

　　2023年8月，Meltio3D推出了一款名為Meltio Space的軟件，該軟件徹底改變了基于機械臂的3D金屬打印技術(shù)。這款軟件擁有用戶友好的界面，使得工具路徑的生成更加準確，無論是平面、非平面還是可變擠壓都能輕松應對。它能夠與ABB、KUKA、發(fā)那科和安川等領(lǐng)先的機器人品牌無縫集成，簡化了線激光金屬3D打印的過程。

　　2023年8月，Caracol與數(shù)字制造供應商Multistation達成合作，共同在法國分銷其創(chuàng)新的機器人3D打印解決方案。這套系統(tǒng)利用專利技術(shù)生產(chǎn)各種材料的復雜零件，不僅降低了成本，還有助于促進可持續(xù)發(fā)展。

　　2022年4月，Comau推出了一款新型機器人手臂N-220-2.7，旨在實現(xiàn)經(jīng)濟高效的自動化且易于維護。這款機器人的有效載荷高達220千克，并采用了流線型設(shè)計，以提高各種工業(yè)應用的效率和靈活性。

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