将加性制造确立为真正可持续必威手机注册的生产方法必然需要为未来的3D打印机供电。小型聚合物系统需要最小的功率，但数千台机器的农场、更大的PBF系统，尤其是金属系统确实需要并且将需要大量的能量才能工作。3D打印可以促进分布式制造，这意味着产品在运输上的可靠性会降低，因此，让AM更可持续的主要挑战是使用清洁能源为3D打印机供电。
不幸的是，今天没有真正清洁的能源。即使是可再生能源也常常需要化石燃料才能发挥作用，或者伴随而来的是可能对环境造成破坏的做法，比如开采稀土矿物来生产电池或建造大坝。与此相反，如果采取适当措施，即使是石油和天然气等“最脏”的化石燃料也可以以更可持续的方式提取，并以更清洁的方式燃烧。核能是所有燃料中最可怕的，但从长远来看，它实际上可能是最清洁的，尤其是如果第四代快中子反应堆(目前处于开发的最后阶段)能够兑现其迅速衰变核废料的承诺的话。底线是，没有单一的解决方案，我们必须推进所有这些技术的最佳选择——同时逐步减少消耗和浪费——是获得一个可持续的能源组合，为我们的世界和我们的制造业提供动力。AM可以在这种情况下发挥重要作用，但前提是最终回报能够证明必要的投资是合理的。
作为领先的、值得信赖的国际AM行业媒体和洞察提供商，我们问自己:在未来的能源生产结构中，使用增材制造可以产生多少收入?必威手机注册这就是我们要回答的问题。
3D打印功率
必威手机注册增材制造已经在电力行业的不同部门得到了应用，包括原型制造和主流生产，从而简化了流程，提高了操作效率。AM可以生产具有复杂几何形状的组件，同时消耗更少的原材料，产生更少的浪费，降低了能源消耗，缩短了上市时间。
在电力行业面临压力的情况下，制造商正转向AM，寻求成本更低、时间更短的解决方案。在进军电力行业的初始阶段，3D打印已经取得了相当程度的成功，与电力行业和技术公司建立了互利的联盟。
在分析发电部门和增材制造可能对其产生的影响时，可以对能源设备进行一些归纳。必威手机注册其一，也许在下表中最明显的是，在太阳能的推动下，AM在可再生能源发电方面将超过所有其他领域。请注意，这一预测高度依赖于3D打印技术在光伏和太阳能电池生产中的实际应用，这些应用目前仍在很大程度上处于试验阶段。
然而，AM也将用于太阳能发电的许多其他设备的生产，包括备件。由于设备的需求大大超过其他能源(太阳能需要很多,非常大的发电厂建在世界上许多地方,频繁更新),我们现在的收入是应用在太阳能发电设备超过收入在这个十年的石油和天然气。如果我们把所有可再生能源发电设备结合起来考虑的话，这种转变将会更快——在2024年到2026年之间。
因为原始能源——太阳、风或地球的热量——是免费的，更多的投资可以而且将需要用于生产利用这些能源的基础设施。另一方面，由于对化石燃料的需求普遍下降，石油和天然气可能会主要使用AM来降低成本和简化基础设施投资。这使得AM在这个细分市场的收入增长曲线更加稳定。
核能发电也准备成为AM的大采用者，然而核电站需要多年的建设。此外，不会建造很多新工厂，因为一个工厂可以生产多年的大量能源，导致整体零部件需求下降。尽管如此，在整个潜在市场中，AM对核反应堆部件的影响预计将是显著的。
简单介绍一下方法论和TAM
为了评估AM将对这些不同的发电部门产生的影响，我们分析了几个专业来源提供的设备生产的总体预测。我们将这一数据与一个基本假设进行了对比，即到2030年AM在任何制造业领域的增长都将达到1%至2%。
这个百分比的变化是由3dpbm对每一部分AM采用情况的理解来定义的。所得价值随后被用于评估在AM的三个关键领域的投资:硬件(作为专用机器的成本或收入等价的机器时间),材料(作为材料用于生产点部分)和部分和服务(是所有部件由电力公司内部或外包给3 d印刷服务供应商和层1和2供应商)。
由此产生的数字是估计的预测，旨在提供一个数量级的所有收入与AM在发电行业在未来十年。
总体而言，我们预计到2030年，AM的年收入将从2019年的约5亿美元开始，达到99.9亿美元。这表明AM的复合年增长率为31%，其中材料细分市场的增长速度最快（41%）。在这三个细分市场中，到预测期结束时，零件和服务将产生最大的收入。然而，在预测的第一部分中，硬件更具相关性，这是因为能源部门采用AM时需要使用必要的初始资本支出。
到2030年，发电设备的总潜在市场(TAM)预计价值6710亿美元。这一预测是根据每个能源部分的若干不同来源的数据和预测作出的。在下面的章节中，我们将更详细地分析这些能源和每个能源发电部分的TAM。增材制造在总必威手机注册可寻址市场(TAM)的总渗透率预计为1.4%。
化石燃料的教训
这一预测是基于对石油和天然气设备(包括下游、中游、上游和发电组件)的总潜在市场的分析得出的，根据Allied market Research的数据，我们目前预计，到2030年，该市场的规模将增长到1590亿美元。TAM预计将在1.9%左右。
据世界经济论坛(World Economic Forum)估计，AM最终可以为油气公司节省高达300亿美元的成本和时间。在油气价值链的上游和中游，AM技术的应用具有巨大的潜在价值。
引入AM硬件的主要好处包括:无工具制造、零件设计中几何自由度的增加、没有或更少的组件、没有实体库存(数字仓库)、快速零件可用性(包括在偏远地区的位置)和减少停机时间。
随着整合AM技术在尺寸和速度方面的更大能力，在集成增材制造DED工艺(定向能量沉积)方面也取得了重大进展，这可以通过高沉积速率和集成混合(增材，定向能量沉积)的高自动化来保证快速生产速度。必威手机注册测量/检验,减去)系统。在石油和天然气领域引进AM的主要公司是西门子,通用电气和贝克休斯，并得到咨询公司和标准开发人员的支持，如黑暗与GL劳埃德(Lloyds)和贝伦肖特(Berenschot)。
虽然AM在石油和天然气的应用覆盖整个工作流程，但从勘探到能源生成，最后一个领域已经看到了AM的一些最重要的发展。2018年，西门子生产了工业汽轮机的第一件3D印刷金属替换件，减少了生产这些部件的发出时间40％。
2017年，西门子完成了对燃气轮机叶片的首次全负荷发动机测试，完全使用增材制造技术生产。必威手机注册该公司正在开发新的AM解决方案，不仅针对涡轮叶片，还针对涡轮叶片，燃烧器喷嘴和径向叶轮。GE还将3D打印视为能源行业的颠覆者，截至2018年，该公司已发货9000个3D打印燃气轮机组件，包括该公司ha级燃气轮机的3D打印燃料喷嘴。这些喷嘴帮助该公司将涡轮机的效率提高到64%，目前正在努力达到更高的65%。
在从GE分离出来后，贝克休斯宣布将进一步升级AM的使用，使油气能源生产更可持续，成为更清洁能源组合的一部分。位于佛罗伦萨的贝克休斯添加剂卓越中心(addi必威手机注册tive Center of Excellence)和位于塔拉莫纳(Talamona)(意大利北部)的TPS (turbommachinery & Process solutions)生产设施已经开发了数年的添加剂制造解决方案。德国的钻机和井下工具生产设施以及德克萨斯州休斯顿的贝克休斯总部。
到目前为止，公司已经生产了25000多个增材零件，并合格了450多个独立零件。这一领域正以非常快的速度增长，在2019年，贝克休斯在一年内合格的AM部件数量与之前几年一样多。
更新一个承诺
正如迈克尔·摩尔（Michael Moore）最近的纪录片《人类星球》（Planet of the Humans）所揭示的，可再生能源发电并非毫无瑕疵，尽管可能有点夸张。首先，生产可再生能源需要在设备制造方面进行巨额投资：太阳能镜、电池、电池、风力涡轮机和水坝。因此，与任何制造密集型部门一样，它可以从附加制造中获益，因为它是一种更高效、减少废物和可持续的过程。必威手机注册
到2030年必威手机注册，所有可再生能源发电设备的增材制造总收入预计将增长至每年57.2亿美元，再次主要受应用和服务收入的推动。到2030年，整个市场的总市值预计将达到4524亿美元。就与设备有关的收入而言，太阳能发电预计将是主要部分，其次是风能和水力发电/地热能(这些已合并为一个部分)。
3D打印清洁电池
如果可再生能源真的要提供一种可行的、被广泛采用的能源，电池需要变得更加高效——因为我们在谈论可持续性——依赖于更清洁的生产方法和材料。目前大多数电池依赖于稀土金属。不像它的名字所暗示的那样，稀土金属根本就不稀有。相反，它们是非常稀有的，这意味着需要用高污染的过程开采和溶解大量的泥土，才能获得它们。世界各地的研究团队正在开发3D打印技术，为电池创建复杂的内部结构，以提高容量和形状和尺寸的灵活性。
哈佛大学的一个团队正在开发一种使用3D打印技术的微型锂离子电池。通过精确打印不同复合层(Li4Ti5O12或LTO和LiFePO4或LFP)的桩，分别作为正极和负极，制备了微电池，使自供电的微型化电子器件、机器人、医疗植入物等的发展成为可能。IBM和苏黎世联邦理工学院的研究人员通过3D打印创造了世界上第一个液态电池，称为“氧化还原流”电池。这种电池可以同时发电和制冷。该团队使用3D打印技术制造了一个微通道系统，为电池提供电解质。该系统最大限度地减少泵浦功率的需要，并消除内部高温。
在使用3D打印来提高电池可持续性方面，最相关的发展来自奥地利的TU Graz，可以更容易地为小型电子元件制造永磁体。这种超级磁铁采用基于激光的3D打印工艺制造，可用于驱动电机、传感器、风力涡轮机和磁开关系统。尽管它们无处不在，但它们也带来了一些制造方面的挑战。也就是说，永磁体通常使用烧结或注射成型生产，这在尺寸和几何形状方面限制了它们。AM可以提供一个解决方案。
一开始，研究人员专注于3D打印钕(NdFeB)，这是一种稀土金属，用于许多强磁性磁铁，如用于电脑、智能手机等。现在，团队成员arneitz正在探索3D打印其他类型磁铁的可能性，比如铁和钴磁铁(Fe-Co)。最终，这些磁体可能会成为NdFeB更生态的替代品，NdFeB就像稀土金属一样，是资源密集型的，很难回收。研究人员还指出，就性能而言，稀土金属在高温下往往会失去磁性，而Fe-Co合金的磁性可以保持到400摄氏度。
早上开着灯
虽然太阳能电池的技术可行性早就被证明了，但容量因数（CF）仍然很低，在最佳情况下平均约为17%。太阳能电池板的CF较低，使得大型太阳能发电厂难以实现规模经济，因此需要在一段时间内持续运营补贴。3D打印在这方面可以改变游戏规则，因为它现在被用于制造太阳能电池板。
尽管该技术处于新生阶段，但麻省理工学院研究人员声称，与传统的太阳能电池板相比，太阳能电池板中的添加剂技术的应用可以将制造成本降低50％，而效率增加了20％。3D印刷太阳能电池板是浅色，超薄太阳能条带，可容易地运输任何地方，降低损坏的风险。
在澳大利亚，联邦科学和工业研究组织(CSIRO)使用工业3D打印机打印出A3板形式的太阳能电池卷，可以用于窗户和建筑物的表面，作为高效的太阳能电池板。科学家们开发了一种光伏墨水，可用于柔性塑料条。在另一个例子中，澳大利亚太阳能热研究计划(ASTRI)与CSIRO合作开发了一个聚光太阳能电厂(CSP)，其中整个太阳能场都是3D打印的。
另一个项目始于2013年，但仍处于起步阶段，它结合了材料科学和先进的几何学。初创公司T3DP正在研发新一代3D打印太阳能电池，该电池的转换效率可以比现在的平板太阳能电池板提高一倍以上，从而使3D打印太阳能电池成为真正可行且经济高效的解决方案。从3D打印的角度来看，T3DP提出的解决方案基于获得专利的三维打印工艺，该工艺利用了斯坦福大学研究人员对用于太阳能电池的钙钛矿材料进行的研究。
虽然通过3D打印实现太阳能反射镜、光伏或电池的大规模生产仍需数年时间，但AM在太阳能发电设备中还有其他几种用途(如在任何复杂的组装中)。其中包括电池生产(下文将详细描述)、涡轮机部件、热交换器和一些替换部件，包括复杂传感器、外壳、执行器、面板连接器、接点和定位器。
我们预计AM的总渗透率将达到太阳能发电设备的总潜在市场的1.6%。预计到2025年，这一领域每年将产生1880亿美元的收入，我们预计到2030年将达到3390亿美元。在预测的上半年，增长与太阳能工厂设备的替换和最终部件中更多地逐步采用传统聚合物和金属AM有关。
预计2024年达到峰值，2025年下降。预计在预测期的下半年，实际太阳能电池生产将更多地采用AM，这将产生更大的收入。因此，总可寻址市场（TAM）中的添加剂制造总额预计每年将达到34亿美元，其中绝大多数将通过与最终零件生产相关的价值和收入来表示。必威手机注册
答案在风中飘荡吗？
通过材料和制造技术的发展和创新对于风能行业的繁荣和持续增加其年度能源产量至关重要。AM在未来可以实现涡轮机部件的现场制造，这些部件是为特定地点的资源的独特需求而设计的。此外，AM提供了一个工具，以弥补对停产车型的风力涡轮机备件的需求和供应，制造商将有一个有限的数量，以满足维修。模具和图案生产是3D打印在风能发电设备中的另一个关键和成熟的领域。在风力叶片制造中，图案制作是最耗时和劳动密集型的过程之一，而3D打印可以帮助节省这些关键资源。
在风能行业，当前和研发水平的AM技术有可能影响风能工具和组件的原型和制造成本。根据ORNL发布的一项研究，考虑到AM技术不断进步的步伐，将AM用于风力组件的应用领域在经济上是可行的，包括对直接打印刀片模具进行了更深入的研究，以了解其潜力和成本;功能化发动机舱覆盖;永磁体;以及轻质、高效的热交换器。
在未来，AM技术可以实现涡轮机部件的现场制造，以及针对特定位置独特的风力和电网资源进行现场优化的组件的生产。随着新技术的成熟，如大格式增材制造(LFAM)，高容量宽和高增材制造(WHAM)和大型金属AM机器，可能有一天会影响到模式的转变，直接打印各种风力涡必威手机注册轮机组件。
一个关键的潜在好处是，大型风力叶片不需要长途运输，特别是当它们不可能在高速公路上运输时。相反，3D打印机可以在现场操作并“打印”叶片，从而节省运输成本。这也将减少35%的模具制造时间，并使不同的材料结合在刀片的不同区域成为可能。
这意味着不仅可以采用大尺寸聚合物和金属添加剂制造技术，水泥添加剂也可以。必威手机注册普渡大学(Purdue University)的工程师们正在研究一种方法，用3D打印混凝土制造风力涡轮机的部件，这种材料成本较低，还可以让部件从岸上工厂漂浮到现场。
研究人员正在与RCAM Technologies合作，RCAM Technologies是一家初创公司，旨在开发用于陆上和海上风能技术的混凝土添加剂制造，包括风力涡轮机塔和锚。必威手机注册由于不需要模具，RCAM的混凝土添加剂制造工艺与传统方法相比，可将海上子结构和塔的资本成本降低高达80必威手机注册%，使用低成本的区域采购混凝土，而无需昂贵的模板，并将生产速度提高20倍。
根据Markets and Markets提供的数据，我们预计到2030年，AM在风能设备生产方面的总潜在市场(TAM)价值将达到440亿美元。基于上述潜力，我们预计到2030年AM总营收将达到8.9亿美元，渗透率为2.02%(高于其他可再生能源领域，但总体市场规模较小)。
需要注意的是，这个数字，就像在这里描述的所有其他部分一样，也包括与AM硬件相关的收入，在风能中，这是由生产非常大的模具和最终部件的高成本系统所代表的。
追根究底
3D打印在地热和水力发电方面的可能应用与目前在石油和天然气行业的应用类似，因为这些领域都与从地球资源中产生能源有关。地热AM应用可以类似于井下和钻井AM应用，用于下游石油采购。AM的一个关键好处是，它可以把零件制造带到偏远地区，在那里地热发电是一个可行的选择。
水力发电装置用作水电厂的涡轮元件和热交换器。这些部件与西门子和贝克休斯已经在生产的燃气轮机部件类似。利用AM的水力发电的一个可能的可持续发展是超微水力发电。在这里，增材必威手机注册制造可以在原型和最终生产中发挥作用。
在河流、溪流和人工河道中，有相当数量的可用能源，但通常未被利用，特别是在水头小于10 '的非常低的地方。不幸的是，这种资源分布在数千个地点，每个地点都有不同的头、流和场地条件。为了广泛开发这种清洁、可再生能源资产，一种负担得起的技术解决方案是基于3D打印涡轮和管道的柔性集成涡轮/发电机系统，该系统也是3D打印的，或安装在通用框架上的3D打印插入件。明尼阿波利斯初创公司Verterra在2016年提出了一个有趣的概念:它的水轮机系统，名为Volturnus，基于水平设计运行，既能产生能量，又能使河流中的岩石、植物和木材等碎片转向。这些涡轮机被称为v - pod，每组5个，位于水面以下的流动水体中，微妙而安静地从水中获取足够的能量，为多达40个家庭提供能源。目前获得专利的涡轮设计过程严重依赖3D打印技术。未来的生产模型也可能集成3D打印的零件。
考虑到目前的采用率和未来的潜力，到2030年，AM在地热和水电领域的年收入将达到14.4亿美元，约占总潜在市场的1.6%，我们预计将达到680亿美元(基于透明市场研究提供的数据)。
Nu-clear能源
可能（和字面上）AM采用的最热门部分是民用核工业。自西门子成功安装了3D印刷部分 - 金属108毫米（mm）直径叶轮，用于斯洛文尼亚的Krško核电站，新的AM核电站应用已经开发。通过适当的材料，包括陶瓷和耐火金属，AM可用于过时的部分，这些部件不再可用，允许旧电厂继续运行。最近，诸如碳化硼的辐射屏蔽材料已成为Exone系统上的粘合剂喷射的粉末。今年早些时候，瑞典语3D印刷公司添加综合和加入北3D发布了一种新的碳化硼复合灯，适用于核工业中的辐射屏蔽应用。
2016年，美国能源部(DOE)宣布，通用电气日立核能公司(GEH)被选中领导一项价值200万美元的增材制造研究项目，正式开始了使用3D打印的核反应堆替换和备件的高级研究。必威手机注册该项目是投资8000多万美元用于先进核技术的一部分。
GEH主导了该项目，为核电站生产了样品替换部件。这些样品是在位于南卡罗来纳州格林维尔的GE Power Advanced Manufacturing Works工厂用金属材料3D打印出来的，然后运往爱达荷国家实验室(INL)。一旦在INL的先进试验反应堆中辐照，样品就会被测试，并与GEH对未辐照材料的分析进行比较。目前，该研究成果正被GEH用于支持3D打印部件的部署，用于燃料、服务和新的工厂应用。
2018年2月，俄罗斯国有核电公司Rosatom成立了一家开发添加剂制造技术的公司。该公司已经开发了一台Gen II 3D打印机的预生产原型，用于核能发电活动中的金属和复合AM部件。必威手机注册
最近，西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)在爱克斯龙拜伦1号机组(Exelon Byron Unit 1)核电站春季加油停堆期间，在其商业核反应堆中安装了一个3D打印组件。Westinghouse经营粉末床熔化金属AM，以及热丝激光焊接(HWLW)，作为其先进制造产品的一部分。研发工作也在继续寻找3D打印在核工业中的更多应用。
其中一个由美国能源部核能办公室支持的项目是“转型挑战反应堆(TCR)示范项目”，这是一项到2023年开发3D打印反应堆堆芯的前所未有的方法。作为部署3D打印核反应堆的一部分，该项目将创建一个数字平台，帮助将该技术移交给行业，以迅速采用额外制造的核能技术。通过TCR项目，ORNL正在为一个令人不安的趋势寻求解决方案:尽管核电站提供了美国近20%的电力，但根据目前的许可证到期日期，美国一半以上的反应堆将在20年内退役。
现在的核工业发展非常迅速——与过去相比，这是一个巨大的变化——尤其是在SMR(小型模块化反应堆)的前沿，SMR是核反应堆的缩小版，包括当前和第四代(快中子)技术。就在最近的5月15日，美国能源部(U.S. Department of Energy)向通用电气研究公司(GE Research)和麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)的研究项目拨款，用于开发利用人工智能和先进建模控制的先进核反应堆数字孪生技术。该研究项目将使用该公司的BWRX-300小型模块化反应堆的数字双胞胎作为参考设计。
数字孪生技术完美地再现了复杂工程结构的虚拟仿真，是制造业数字化战略的关键要素，该战略包括用于数字仓储和按需备件的3D打印。根据Allied market research提供的数据，核能设备（包括发电厂和正在进行的研究项目）的3D打印部件市场可能增长到12.3亿美元，而我们预计到2030年将达到590亿美元。这意味着TAM大约为2.08%。核能设备应用中添加剂制造的复合年增长率预计为27%。其他领域预计增长更快，但核能当然需要额外的安全指南。必威手机注册
这篇文章最初发表于3dpbm的AM必威体育亚洲焦点2020可持续发展电子书
