3D 打印机器人的下一个风口？

　　当前，制造业正处于转型之中，各种与之相关技术的发展和迭代被称之为“第四次工业革命”。蒸汽动力和机械化生产催生了第一次工业革命的种子；利用电力实现大规模生产带来第二次工业革命的兴盛；通过信息技术（IT）和电子技术来实现生产自动化则被命名为第三次工业革命；而第四次工业革命实际上将建立在这些革命的基础之上。

　　在整个工业界蓬勃发展的驱动下，技术正以指数级的速度发展，科技进步日新月异。那我们有哪些可以期待呢？例如3D打印技术和机器人技术，例如3D打印技术+机器人技术？

　　机遇与挑战并存

　　近日，调研机构MarketsandMarkets发布的报告显示，2023年全球3D打印机器人市场规模为16亿美元，预测到2028年将达到32亿美元，期间复合年增长率为14.6%。该市场何以有如此高的增长率？

　　机遇：政府支持和产品特性

　　从行业环境层面：首先，政府对增材制造（AM）项目的投资成为3D打印机器人市场增长的关键驱动力。全球各国政府已经认识到增材制造技术的变革潜力，并正在大力投资以推动其发展和应用；其次，全球风险资本对增材制造企业的投资正在快速增长。根据制造技术协会（Associationfor Manufacturing Technology）2023年4月公布的数据，这种投资每年以36.7%的速度显著增长。在2021年，额外融资达到了5.14亿美元，而在2022年，这一数字增加到了18.53亿美元。这些资金被投入到从研发计划到基础设施建设等多个领域，旨在促进创新、提高经济竞争力、创造就业机会和应对行业挑战。

　　从产品本身层面：3D打印机器人拥有专门的机械臂，具有很高的自由度。这种自由度通过释放复杂形状的潜力，为3D打印领域带来了全新的定义。传统的3D打印机仅限于三个自由度，限制了沿X、Y和Z轴的移动。然而，3D打印机器人通常至少拥有五个自由度，使其能够在更多方向上进行操作，包括围绕X、Y和Z轴进行旋转。这种灵活性使得3D打印机器人能够访问并打印以前无法触及的复杂细节，从而扩大了打印的潜在应用范围。

　　3D打印机器人的发展就没有阻碍了吗？当然不是。当前3D打印机器人的发展也面临着技术和成本的挑战。

　　挑战：互操作性和成本

　　在3D打印机器人市场中，互操作性是一个重要的挑战。3D打印机器人涉及的硬件组件众多，包括机械臂、打印头、构建平台和控制系统等，这些组件通常来自不同的供应商，导致缺乏无缝集成。这种状况可能会对打印产品性能产生影响，限制了打印各种物体的有效能力。此外，硬件的集成不足可能导致精度、准确性和可重复性方面的问题，从而给行业带来重大挑战。

　　3D打印机器人市场的发展也受到高昂安装成本的制约。这一经济负担不仅包括购买机器人所需的初始投资，还涉及到软件集成、基础设施调整和技术人员培训等额外费用。对于中小型企业（SMEs）来说，这些费用可能会构成巨大的挑战，使它们对采用这种先进技术望而却步，从而限制了其发展潜力。此外，与维护、修理和采购专用材料相关的经常性运营支出也会增加企业的总体拥有成本。这些持续的财务负担可能会使企业的资源变得紧张，尤其是那些在竞争激烈的市场中运营且利润微薄的企业。

　　市场前景可期

　　从机械昆虫到软体机器人到工业应用领域的3D打印机器人，该行业始终以持续不断的创新力向前发展着，在未来五年，3D打印机器人行业将会迎来哪些趋势呢？

　　1）机器人手臂领域发展迅速

　　机器人手臂在3D打印中发挥着重要作用，它们提高了打印速度、精度和处理大型复杂零件的能力。此外，机器人手臂还能降低劳动力成本并增强安全性，最大限度地减少了对支撑结构的需求，提高了表面光洁度，并实现了后处理任务的自动化。随着机器人3D打印技术的不断发展和创新，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（美国）与安川美国公司（日本）展开合作，进一步扩大了其工业机器人手臂解决方案组合。这次合作为北美制造商提供了更快的速度、更高的有效载荷和更强的性能。

　　2）关节型机器人市场份额或将快速增长

　　关节型机器人的多功能性和精确性使其在3D打印中得到广泛应用。它们能够通过复杂的动作操控3D打印喷嘴或工具头，从而创建出复杂的定制对象。这种精确性和灵活性使得关节型机器人在需要高精度和复杂设计的领域中尤为重要。关节型机器人能够灵巧地控制复杂的几何图形并生成精细的结构，这有助于提高3D打印流程的效率和输出质量。当关节型机械臂与3D打印头结合时，可以实现大规模、多功能的3D打印流程。

　　此外，这些机器人与各种3D打印技术兼容，如用于金属的线弧增材制造或基于颗粒的打印颗粒挤出。随着3D打印机器人的快速发展，尤其是在建筑行业的应用，关节型机器人的可扩展性为市场增长提供了巨大的潜力。机械臂供应商与第三方3D打印专家之间的合作推动了各种大规模增材制造方法的创新和商业化。

　　3）原型制作可能成为主要应用领域

　　在原型制作领域中，机器人3D打印技术为各行业带来了显著的益处。例如，在汽车行业，它能够快速制造复杂部件，并提供更大的设计灵活性；在航空航天领域，它能产生既轻便又坚固的结构，进而提高燃油效率；在电子领域，它则有助于实现产品微型化，促进了创新型小工具的发展。在汽车、航空航天和电子等行业，3D打印机器人技术不仅加快了产品的开发速度，还鼓励了创新思维，支持了可持续发展的实践。这不仅提高了各行业的竞争力，还有效地减少了材料浪费。

　　此外，在汽车行业中，原型设计在验证设计、测试性能、促进创新以及与供应商合作等方面都起到了至关重要的作用。它确保了安全、高效和创新的汽车开发过程。而在航空航天和国防领域，原型制作对于降低与尖端复杂技术相关的风险、为特定任务定制解决方案以及完善系统集成以满足严格的安全和性能要求都至关重要。

　　4）亚太地区市场预计增长最快

　　在亚太地区，3D打印机器人在各个领域都取得了显著的发展，广泛应用于汽车、航空航天、快消品和建筑行业。这些机器人能够以更高的效率和精度制造零部件，彻底改变了传统制造方式。在关键因素的推动下，当前日本已成为率先在建筑行业采用3D打印机器人的国家。随着日本人口老龄化和劳动力减少，建筑行业面临着严重的劳动力短缺问题。因此，通过采用3D打印机器人实现自动化成为了一个重要的解决方案。此外，日本对建筑的需求很高，要求兼具耐用性和美观性，这与3D打印机器人创建复杂结构的能力完美契合。

　　行业近期动态

　　近一两年内，随着工业智能化的持续推进，3D打印机器人行业也迎来了更多新的合作和技术进步：

　　2023年9月，Massive Dimension与电力和自动化技术提供商ABB达成合作，将快速成型工具技术全面集成到ABB的机器人产品组合中，涵盖了从多功能GoFa CRB 15000 cobots到大型ABB IRB 8700机器人。这一合作改变了机器人的能力，使其能够适应并不断发展，打破了行业中原有的限制。

　　2023年8月，Meltio3D推出了一款名为Meltio Space的软件，该软件彻底改变了基于机械臂的3D金属打印技术。这款软件拥有用户友好的界面，使得工具路径的生成更加准确，无论是平面、非平面还是可变挤压都能轻松应对。它能够与ABB、KUKA、发那科和安川等领先的机器人品牌无缝集成，简化了线激光金属3D打印的过程。

　　2023年8月，Caracol与数字制造供应商Multistation达成合作，共同在法国分销其创新的机器人3D打印解决方案。这套系统利用专利技术生产各种材料的复杂零件，不仅降低了成本，还有助于促进可持续发展。

　　2022年4月，Comau推出了一款新型机器人手臂N-220-2.7，旨在实现经济高效的自动化且易于维护。这款机器人的有效载荷高达220千克，并采用了流线型设计，以提高各种工业应用的效率和灵活性。