2022全球3D打印行业趋势

自20世纪80年代初发明3D打印技术以来，3D打印技术及其在制造业中的地位发生了重大变化。近年来，3D打印已从消费市场转移，成为一种应用更广泛的工业制造工艺。2021年和2022年的行业发展使该技术定位于超越其在功能原型中的作用，并成为最终用途零件和批量生产的可行解决方案。

近期，由HUBS出具的《2022全球3D打印行业趋势》报告调查了2021年的市场状况，同时探索趋势2022年和未来几年对该行业的影响，包括COVID-19疫情对行业的影响，以及在复合材料上的创新。

报告的数据内容主要从三个渠道收集了相关市场趋势数据，首先是由HUBS发给全球工程界的调查问卷，其次是系统回顾3D打印新闻和相关媒体报道，最后是由公认的分析师和顾问对报告进行对比审查。

调查汇集了数百名工程师、设计师和制造商的见解以及业内其他领导者的意见。新闻和媒体评论提供了行业方向的概述，市场分析概述财务力量将继续推动3D打印技术及其应用发展。

图1总结了2021年评估3D打印细分市场的几家知名市场分析公司报告的数据，包括3D打印系统、软件、材料和服务的收入，但不包括3D打印技术的内部公司投资。它基于公开信息构建，对全球3D打印市场的当前规模和未来潜力提供了最佳估计。

全球3D打印市场迎来新增长

2021年全球3D打印市场规模平均为151亿美元，从108亿美元到195亿美元不等。这些千差万别的预测在很大程度上与每份报告编制和发布时可用的数据有关，由于COVID-19全球大流行而导致的封锁也影响了数据。

151亿美元的市场规模相比2020年增长了19.8%。之前HUBS对2021年的市场规模就预测达到150亿美元，增长率为19%，从结果上看非常接近目标。根据这些领先行业报告的市场预测中值，HUBS认为今年的市场预计将增长21%，到2022年底达到183亿美元。

在COVID-19全球大流行的前五年（2014-2019），全球3D打印市场的复合年增长率达到21%。以目前的行业发展态势来看，HUBS认为已经接近疫情大流行前的增长。目前的预测显示，未来五年复合年增长率将达到24%，这正是与HUBS的2020年报告一致，远高于预测2021复合年增长率19%的数字，综合表明市场正在快速复苏，行业增长信心倍增。

HUBS的调查问卷还反映了市场增长，68%的受访者表示2021年3D打印零件的数量比前一年多，同时3D打印过程中遇到的障碍也更少。调查显示，只有22%的工程企业认为3D打印的价格仍然是一个障碍，低于去年的38%。事实上，价格是驱动许多工程师选择3D打印的主要原因之一，因为3D打印可以帮助企业加快交付周期，还能提高零件设计的几何复杂性。

聚合物和金属3D打印趋势

根据AM POWER出具的一份报告显示，新冠肺炎疫情对聚合物和金属3D打印市场的冲击比整个行业更大。研究表明2019年金属3D打印市场价值约22.3亿美元，预计年增长率为27.9%。2020年该市场几乎停滞不前，市值约为22.4亿美元。

2021年全球聚合物和金属3D打印市场增长了16.2%，这是朝着正确方向迈出的一步，但落后于HUBS估计的行业平均水平（19%）。SmarTech在2021年第三季度收集的数据显示，金属3D打印市场的增长势头强劲，同比增长18%。

Polymer 3D printing给出的预测略低，同期增长12%。这些数字表明，虽然与COVID-19大流行前的预期相比，金属3D打印和聚合物市场的增长速度较慢，但目前正经历反弹。

3D打印机市场更新

在硬件方面，市场情报公司CONTEXT报告称，2021工业3D打印机发货量显著增加。与2020 年同期相比，2021年前三季度增长了39%。尽管如此，工业3D打印机的出货量仍比2019年前三季度低6%。

与2020年相比，高端3D打印机的发货量也有所增加，但该领域的需求大于供应。自大流行初期的高峰以来，消费级3D打印机的销售额有所下降，但仍高于大流行前的水平。

疫情期间的3D打印

COVID-19的全球大流行凸显了3D打印快速适应生产和供应链需求的独特能力。3D打印作为新的可行解决方案走到了最前沿，零件和产品通过3D打印可以在本地按需生产。为应对疫情期间出现的短缺和供应链问题，制造商和制造商利用3D打印技术快速生产防护设备（PPE）和医疗设备，如面罩和呼吸机阀门更换件。制造商还开始使用3D打印生产鼻拭子以满足大批量检测的需要。

虽然3D打印在疫情大流行的初期带来了很大帮助，但没有持续多久。随着供应链的部分重建，传统PPE供应商最终赶上了需求。当疫情来到第三年，3D打印与疫情相关的直接用途减少了，但有更多的人认识到了该技术的灵活性和生产潜力。

3D打印降低碳排放

在全球范围内，政府机构和私营企业正在采取积极行动以支持《巴黎气候协议》，该协议旨在到2050年将全球变暖限制在1.5摄氏度。3D打印有可能增强制造业的可持续性，支持这一更广泛的环境目标。

作为一种数字化制造过程，3D打印是为按需生产而构建的。这意味着该技术不受与传统制造业相同的规模经济的约束。零件可以按订单生产，成本效益高，减少原材料消耗量，并最大限度地减少库存和存储要求。制造商可以利用分布式制造将数字文件发送到3D打印系统，以实现更本地化的生产。

与3D打印相关的最大可持续发展机会之一是设计自由。智能设计实践由生成性设计和拓扑优化软件实现，当与3D打印结合使用时可以生产更高效的零件。工程师在设计时也可以采取战略性措施，尽量减少聚合物和金属支撑结构的使用，以降低对支撑材料的需求。

开发越来越可持续的材料，包括基于植物的和可回收聚合物，也将有助于推动可持续发展方面的努力。根据Protolabs的数据，41%接受调查的公司将材料管理列为他们最关心的可持续性问题。材料进步和改进的越多，它们就越有可能增强现有用例并开发新的3D打印应用程序，从而推动采用和进入新市场。

随着3D打印技术的不断成熟，其在制造业中的地位也在不断扩大，一些关键动态正在变得更加清晰。许多已经接受3D打印的行业，包括医疗保健、航空航天、汽车、能源、汽车运动和体育用品，今天都在使用该技术生产功能性部件。

事实上，虽然3D打印作为原型技术的采用在过去几年中一直保持相当一致，但一些消息来源指出，通过3D打印生产终端产品的比例有所增加。

Jabil在2021年关于3D打印现状的研究报告称，2019年52%的用户使用3D打印进行生产，而2020年这一数字跃升至62%。HUBS的调查显示了同样的结果，2021年有29%的受访者使用3D打印来制作美观或最终用途的零件，比2020年的21%有所上升。

使用3D打印进行生产使用户能够利用该技术的设计自由度和生产灵活性。从目前的趋势来看，3D打印有三种流行的生产应用：小批量生产、大规模定制和批量生产。

小批量生产

在小批量生产（每次打印100-1000个零件）的情况下，我们可以向赛车行业寻求一些关键示例。在这一行业尤其像在F1，需要在小批量生产中生产高度先进的部件，以获得竞争优势。

3D打印对于赛车工程师来说至关重要，可以单独或小批量生产复杂结构，重量轻、坚固耐用。今天赛车运动中的最终使用部件包括外部车身部件、动力传动系统和发动机部件、油液管理部件等。

航空和航天行业也存在同样的需求，在这些行业，设计精良、重量更轻的部件正在为提高燃油效率铺平道路。GE航空航天公司通过GE9X发动机证明了这一点，该发动机集成了300个最终用途的3D打印组件，包括一个用于更高效燃油消耗的喷嘴。该发动机被公认为世界上最强大的喷气发动机，现已通过FAA认证。

小型航空初创公司也在转向3D打印和数字制造平台，以批量生产商业级零件。总部位于 荷兰的航空风能公司Ampyx Power使用集线器打印两架飞机的部件，旨在测试无涡轮风力发电的效率。这些部件有助于构成飞机的关键部件，以管理自动起飞和着陆。

向小批量生产的转变跨越了许多领域。在2022年的调查中，49%的受访者使用3D打印进行 10个以上零件的生产运行，而2021这一比例为36%。

大规模定制 

3D打印也解锁了大规模定制选项。例如牙科行业，越来越多的公司使用3D打印生产为患者定制的植入物和牙科设备，如假牙。在生理学的另一面，3D打印现在也常用于定制鞋垫和矫正器。这些都是直接生产的例子，但3D打印也通过间接的方式为模具创建低成本模式。这种方法在当前的珠宝和牙科行业很常见。

例如，teledentistry company Smile Direct Club使用HP Multi-Jet Fusion 3D打印技术为客户制造了数百万个定制牙科定位仪。该公司每天利用60多台3D打印机生产数以万计的定制对准器模具，随后用于热成型独特的对准器组，用于矫直牙齿。

位于多伦多的一家科技初创公司Formify为游戏行业创建了定制的符合人体工程学的电脑鼠标，它展示了另一个有趣案例。该公司定制生产的每一款个性化鼠标都具有高精度MJF（多射流熔融）3D打印，使用的算法分析客户的手形、关节和骨骼结构，以提供符合人体工程学的贴合感。

Formify可以重复生产完全独特的产品而无需依赖模具。截至2022年初，Formify已使用Hubs 平台为名人游戏玩家和其他阿尔法客户制造终端产品。

批量生产

3D打印技术公司Carbon是聚合物领域中著名的3D打印批量生产公司。运动服装巨头阿迪达斯正在使用该公司的数字光合成（DLS）工艺大规模生产Futurecraft 4D中底，该中底集成了独特的晶格几何结构。

OECHSLER于2021年推出了另一个系列的生产应用，用于高性能自行车的格子结构自行车

鞍座。得益于3D打印，合作伙伴能够在短短10个月内将产品从概念转变为批量生产。福特汽车公司还透露，计划在未来几年内使用ExOne的粘合剂喷射技术大规模生产汽车。

数字制造公司Protolabs为六种不同的3D打印技术提供了一系列生产机会，它见证了零件数量超过500件的需求急剧上升，这证实了这些行业发现。在过去五年中，超过500个3D打印部件的生产订单需求增长了163%。

在Hubs平台上，可以看到2021年平均订购的零件数量比2020年增加了54%。3D打印生产工作流程的不断进步将继续在消费品、工业制造和汽车等行业释放更多的大规模生产应用程序。

2022年行业趋势

通过综合调查问卷和回顾行业媒体的报道，HUBS对2022年全球3D打印行业做出了12个趋势分析。

1. 在现有市场上采用3D打印技术，并更好地进入新的市场。

2. 自动化整个3D打印工作流，重点是后期处理和合作机器人的使用。

3. 更强健的供应链和本地化的按需生产。

4. 高性能3D打印材料的开发和鉴定，如难熔金属、陶瓷、高温聚合物和复合材料。

5. 通过行业间合作实现市场成熟。

6. 对大幅面系统的需求，尤其是金属3D打印。

7. 战略性地使用3D打印、智能设计和改进的材料，使制造更加可持续。

8. 3D打印的最终用途生产和系列生产应用。

9. 跨3D打印技术的可靠性和重复性。

10. 行业标准化，包括采用3mf文件格式，用于存储几何体、颜色、纹理、材质数据，晶格、支撑结构和打印机配置信息。

11. 由物联网（IoT）驱动的按需、准时制（JIT）制造。

12. 库存系统和制造能力之间的直接沟通，在没有人为干预的情况下将供需联系起来。

尽管3D打印技术取得了稳步的进步，但在被广泛认为是一种完全成熟、完全可扩展的工业制造技术之前，它还有很长的路要走。这将归结为几个因素，其中自动化是首要因素。为了实现可扩展的工业生产，必须从预打印到后处理的端到端工作流进一步自动化。

尤其是进一步自动化后处理将使3D打印可扩展到工业水平。此外，随着最终用途生产应用程序的增加，尤其是关键组件的增加，可扩展的质量控制是一个重要的考虑因素。这将通过战略性地使用3D打印过程来实现数据、仿真软件和可扩展测试解决方案的实施。

3D打印应用中先进材料的可用性，包括聚合物、金属、复合材料和陶瓷，是整个行业的头等大事。更多的材料选择将推动新应用程序的创建，而3D打印材料的更多消耗将最终降低其成本。

2021年3D打印行业得到了进一步巩固。在过去一年里，一些行业领先企业发生了引人注目的并购。Stratasys收购了Origin，Desktop Metal收购了EnvisionTEC（现为ETEC）和ExOne，Sandvik的BEAMIT收购了3T Additive，3D Systems收购了Allevi和Additive Works，甚至Hubs 与Protolabs联手，成为世界上最全面的数字制造平台。这表明市场正在重组并开始巩固，不断成熟。

总体而言，HUBS预计2022年及以后3D打印将有更多的增长迹象。增强的自动化、可扩展的质量控制、互操作性的进步、降低的材料和加工成本以及进一步的行业整合等关键因素，将帮助3D打印成为符合其巨大潜力的强大工业制造流程。