當(dāng)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(dòng)力和機(jī)械化生產(chǎn)催生了第一次工業(yè)革命的種子；利用電力實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)帶來(lái)第二次工業(yè)革命的興盛；通過(guò)信息技術(shù)（IT）和電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化則被命名為第三次工業(yè)革命；而第四次工業(yè)革命實(shí)際上將建立在這些革命的基礎(chǔ)之上。

　　在整個(gè)工業(yè)界蓬勃發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，技術(shù)正以指數(shù)級(jí)的速度發(fā)展，科技進(jìn)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(jī)器人技術(shù)，例如3D打印技術(shù)+機(jī)器人技術(shù)？

　　機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

　　近日，調(diào)研機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets發(fā)布的報(bào)告顯示，2023年全球3D打印機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模為16億美元，預(yù)測(cè)到2028年將達(dá)到32億美元，期間復(fù)合年增長(zhǎng)率為14.6%。該市場(chǎng)何以有如此高的增長(zhǎng)率？

　　機(jī)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(duì)增材制造（AM）項(xiàng)目的投資成為3D打印機(jī)器人市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。全球各國(guó)政府已經(jīng)認(rèn)識(shí)到增材制造技術(shù)的變革潛力，并正在大力投資以推動(dòng)其發(fā)展和應(yīng)用；其次，全球風(fēng)險(xiǎn)資本對(duì)增材制造企業(yè)的投資正在快速增長(zhǎng)。根據(jù)制造技術(shù)協(xié)會(huì)（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(zhǎng)。在2021年，額外融資達(dá)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(jì)劃到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多個(gè)領(lǐng)域，旨在促進(jìn)創(chuàng)新、提高經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)和應(yīng)對(duì)行業(yè)挑戰(zhàn)。

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

　　3D打印機(jī)器人的發(fā)展就沒(méi)有阻礙了嗎？當(dāng)然不是。當(dāng)前3D打印機(jī)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(jī)器人市場(chǎng)中，互操作性是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。3D打印機(jī)器人涉及的硬件組件眾多，包括機(jī)械臂、打印頭、構(gòu)建平臺(tái)和控制系統(tǒng)等，這些組件通常來(lái)自不同的供應(yīng)商，導(dǎo)致缺乏無(wú)縫集成。這種狀況可能會(huì)對(duì)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(dǎo)致精度、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性方面的問(wèn)題，從而給行業(yè)帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。

　　3D打印機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展也受到高昂安裝成本的制約。這一經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)不僅包括購(gòu)買機(jī)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(xùn)等額外費(fèi)用。對(duì)于中小型企業(yè)（SMEs）來(lái)說(shuō)，這些費(fèi)用可能會(huì)構(gòu)成巨大的挑戰(zhàn)，使它們對(duì)采用這種先進(jìn)技術(shù)望而卻步，從而限制了其發(fā)展?jié)摿Α４送?，與維護(hù)、修理和采購(gòu)專用材料相關(guān)的經(jīng)常性運(yùn)營(yíng)支出也會(huì)增加企業(yè)的總體擁有成本。這些持續(xù)的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)可能會(huì)使企業(yè)的資源變得緊張，尤其是那些在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中運(yùn)營(yíng)且利潤(rùn)微薄的企業(yè)。

　　市場(chǎng)前景可期

　　從機(jī)械昆蟲(chóng)到軟體機(jī)器人到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的3D打印機(jī)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(lái)五年，3D打印機(jī)器人行業(yè)將會(huì)迎來(lái)哪些趨勢(shì)呢？

　　1）機(jī)器人手臂領(lǐng)域發(fā)展迅速

　　機(jī)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(fù)雜零件的能力。此外，機(jī)器人手臂還能降低勞動(dòng)力成本并增強(qiáng)安全性，最大限度地減少了對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的需求，提高了表面光潔度，并實(shí)現(xiàn)了后處理任務(wù)的自動(dòng)化。隨著機(jī)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(guó)）與安川美國(guó)公司（日本）展開(kāi)合作，進(jìn)一步擴(kuò)大了其工業(yè)機(jī)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(qiáng)的性能。

　　2）關(guān)節(jié)型機(jī)器人市場(chǎng)份額或?qū)⒖焖僭鲩L(zhǎng)

　　關(guān)節(jié)型機(jī)器人的多功能性和精確性使其在3D打印中得到廣泛應(yīng)用。它們能夠通過(guò)復(fù)雜的動(dòng)作操控3D打印噴嘴或工具頭，從而創(chuàng)建出復(fù)雜的定制對(duì)象。這種精確性和靈活性使得關(guān)節(jié)型機(jī)器人在需要高精度和復(fù)雜設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中尤為重要。關(guān)節(jié)型機(jī)器人能夠靈巧地控制復(fù)雜的幾何圖形并生成精細(xì)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(dāng)關(guān)節(jié)型機(jī)械臂與3D打印頭結(jié)合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多功能的3D打印流程。

　　此外，這些機(jī)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(jī)器人的快速發(fā)展，尤其是在建筑行業(yè)的應(yīng)用，關(guān)節(jié)型機(jī)器人的可擴(kuò)展性為市場(chǎng)增長(zhǎng)提供了巨大的潛力。機(jī)械臂供應(yīng)商與第三方3D打印專家之間的合作推動(dòng)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(yīng)用領(lǐng)域

　　在原型制作領(lǐng)域中，機(jī)器人3D打印技術(shù)為各行業(yè)帶來(lái)了顯著的益處。例如，在汽車行業(yè)，它能夠快速制造復(fù)雜部件，并提供更大的設(shè)計(jì)靈活性；在航空航天領(lǐng)域，它能產(chǎn)生既輕便又堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高燃油效率；在電子領(lǐng)域，它則有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品微型化，促進(jìn)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(jī)器人技術(shù)不僅加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度，還鼓勵(lì)了創(chuàng)新思維，支持了可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐。這不僅提高了各行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，還有效地減少了材料浪費(fèi)。

　　此外，在汽車行業(yè)中，原型設(shè)計(jì)在驗(yàn)證設(shè)計(jì)、測(cè)試性能、促進(jìn)創(chuàng)新以及與供應(yīng)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(kāi)發(fā)過(guò)程。而在航空航天和國(guó)防領(lǐng)域，原型制作對(duì)于降低與尖端復(fù)雜技術(shù)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)、為特定任務(wù)定制解決方案以及完善系統(tǒng)集成以滿足嚴(yán)格的安全和性能要求都至關(guān)重要。

　　4）亞太地區(qū)市場(chǎng)預(yù)計(jì)增長(zhǎng)最快

　　在亞太地區(qū)，3D打印機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域都取得了顯著的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、快消品和建筑行業(yè)。這些機(jī)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(dòng)下，當(dāng)前日本已成為率先在建筑行業(yè)采用3D打印機(jī)器人的國(guó)家。隨著日本人口老齡化和勞動(dòng)力減少，建筑行業(yè)面臨著嚴(yán)重的勞動(dòng)力短缺問(wèn)題。因此，通過(guò)采用3D打印機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成為了一個(gè)重要的解決方案。此外，日本對(duì)建筑的需求很高，要求兼具耐用性和美觀性，這與3D打印機(jī)器人創(chuàng)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力完美契合。

　　行業(yè)近期動(dòng)態(tài)

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

　　2023年9月，Massive Dimension與電力和自動(dòng)化技術(shù)提供商ABB達(dá)成合作，將快速成型工具技術(shù)全面集成到ABB的機(jī)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(jī)器人。這一合作改變了機(jī)器人的能力，使其能夠適應(yīng)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(jī)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(zhǔn)確，無(wú)論是平面、非平面還是可變擠壓都能輕松應(yīng)對(duì)。它能夠與ABB、KUKA、發(fā)那科和安川等領(lǐng)先的機(jī)器人品牌無(wú)縫集成，簡(jiǎn)化了線激光金屬3D打印的過(guò)程。

　　2023年8月，Caracol與數(shù)字制造供應(yīng)商Multistation達(dá)成合作，共同在法國(guó)分銷其創(chuàng)新的機(jī)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(fù)雜零件，不僅降低了成本，還有助于促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

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

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