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金属加工的未来：塑造 2024 年及未来的关键趋势

11 月 15, 2024

探索 2024 年金属制造的顶级未来，包括 3D 打印、自动化和先进材料。探索新技术将如何推动增长并塑造全球金属制造业的未来。

金属加工的未来：2024 年值得关注的趋势

在不久的将来，金属加工行业的未来会有哪些变化和组合？我们都知道，如今 3D 打印、自动化和改良材料已被用于提高制造水平。在本文中，我们将阐述定义和影响未来金属加工行业的主要趋势。金属板制造制造业。我们将发现采用新技术如何在 2024 年及以后为企业拓展新的收入来源。

市场预测

预计到 2029 年，全球未来金属加工市场规模将达到 294.6 亿美元。分析师称，预计未来十年该市场将以指数级速度增长。发展中地区和主要工业部门的需求将成为市场增长的主要动力。

亚太地区的高增长

亚太市场将经历强劲的市场增长，因为许多项目都在基础设施领域进行。如今，许多发达国家和发展中国家，如中国和印度等，都在积极建设新的道路、建筑、桥梁和其他建筑工程。这将导致对未来金属加工部件和产品的更高需求。

主要行业的需求不断增长

与此同时，必须承认的是，汽车和航空航天这两个行业仍在为全球金属制造的未来提供需求。汽车生产和飞机制造业在全球范围内都呈上升趋势；这些行业可能会帮助增加这些需求。

熟练劳动力短缺迫在眉睫

展望未来金属加工虽然该行业的前景相当乐观，但有一个主要问题值得关注，那就是到 2030 年，国际市场上预计将缺乏 210 多万名技术工人。技能需求将是另一个重要的关注领域，特别是对于那些计划利用新领域机会的组织而言。

自动化

在金属加工行业的未来，随着行业的国际化发展，企业正试图整合自动化制造环节。除了提高质量外，利用先进的自动化技术，制造商还能在不降低效率的情况下增加生产线和产量。

弥补劳动力短缺

事实上，企业加快采用自动化解决方案的主要原因之一，就是为了应对新出现的熟练劳动力缺口。这样，通过使用机器人解决方案来完成重复性和体力繁重的任务，制造企业就可以应对焊接工、机械师和其他制造专家缺失的问题。这有助于维持企业的正常运转，尽管它们雇用的人员减少了。

提高质量和一致性

此外，与依赖员工相比，自动化系统能更好地控制产品质量和保持公差的能力。机器和机器人消除了因疲劳或注意力不集中而导致的错误。

扩展能力，而非取代人类

与人们普遍关注的问题相反，自动化为未来的金属制造创造了新的机遇，而不是取代所有的人力角色。自动化设备的编程、维护和监督需要技术技能，但这并不能取代传统的制造工作。制造企业仍然需要专业团队来整合、维护和开发自动化系统。

Ameritex 案例研究

钢门窗制造商 Ameritex 就是一个例子。通过使用机器人实现部分焊接操作的自动化，Ameritex 将标准窗单元的焊接时间从三小时缩短到了 30 分钟。这样，在不增加焊工人数的情况下，生产量大幅提高。自动化带来的整体生产率的提高足以弥补其他劳动力需求。

正如这些例子所显示的，正确实施自动化战略可使制造厂商提高自身能力，领先于金属制造行业的未来趋势，同时在未来保持制造专业人员的熟练技能。

物联网与工业 4.0 集成

工业物联网（IIoT）技术和工业 4.0 原理的兴起，为未来的金属加工操作带来了无与伦比的连接性。通过集成联网传感器和数据收集工具，制造厂商可以对其生产工作流程获得强大的新见解。

实时过程监控

通过有关机器、材料和环境条件的详细实时数据，可以在问题出现时及时发现并解决。设备性能或质量变化方面的问题可以在造成长时间停机或批次不合格之前得到及时发现和解决。

预测性设备维护

分析使用模式和组件应力可通过物联网实现预测性维护。制造商可以根据实际的机器遥测数据，在故障发生前安排维护。这样就能最大限度地延长正常运行时间，同时最大限度地降低维护成本。

量化流程改进

随着时间的推移而测量的生产和质量指标为简化流程提供了有针对性的方法。瓶颈问题一目了然，从而可以根据绩效分析系统地重新设计流程。

案例研究显示，物联网集成使一些工厂的计划外停机时间减少了 30-40%。一家航空航天零部件制造商报告称，其设备的可用寿命延长了一倍。数控机床通过基于物联网的维护。随着连接工具的发展，它们在优化制造操作方面的优势将不断增加。

三维打印

可以说，如今的 3D 打印技术是未来金属加工领域最完善、发展最迅速的制造形式之一。它为生产小批量零件和原型提供了新的机遇，能够在不使用昂贵工具的情况下制造出困难的几何形状，这是一个巨大的进步。

金属粉末床融合

金属粉末床熔融系统（如使用激光或电子束熔融的系统）可对未来金属制造部件的功能进行精密打印。错综复杂的内部通道、优化的晶格以及其他原本难以或无法制造的形状，现在都可以轻松制造出来。

市场增长预测

全球市场 3D 打印金属据一家领先的研究机构预计，到 2025 年，该应用的规模将达到约 31 亿美元。随着技术和接受程度的提高，这种应用将占据更多的金属产量。

航空航天组件案例研究

航空航天业是最前沿的采用者之一，该行业使用三维打印技术为喷气发动机和航天器生产复杂的钛和镍合金部件。一家制造商与一家航空原始设备制造商合作，为一种新型飞机打印了约 100 个燃料喷嘴部件，将生产时间从 18 个月缩短到仅 6 个月。

能够不受工具限制，在需要时迅速制造出小批量的未来金属制造部件，这就确立了可持续 3D 打印作为定制化制造解决方案的上升趋势。

先进材料

随着应用领域对更轻、更强部件的需求，对具有定制特性的先进金属合金的需求也在激增。铝和钛等材料因其高强度重量比、耐腐蚀性和耐用性而日益珍贵。

高性能合金的增长

航空航天、汽车和其他需要高性能的行业推动了特种合金的消费。未来的金属加工利用先进的超级合金、工具钢和复合材料开发创新产品，以满足制造商的工程需求。

产品开发实例

有一家公司用机加工的 6000 系列铝板制造电动汽车电池外壳。这些铝板具有保护电池的强度，但重量却远低于传统的钢板设计。一家工具制造商使用可承受极端温度和压力的定制钴铬合金制造复合材料模具。

随着材料科学的进步，制造商将推动制造能力的发展，以满足对高科技材料卓越特性的应用需求。

环境可持续性

随着企业逐步采用可持续发展战略，未来的金属加工行业也在努力将对环境的危害降至最低。企业采用对环境敏感的工艺和程序，以减少碳足迹和污染。

回收和可再生材料

未来的金属制造将利用回收的废金属，并采用更清洁的制造方法来减少原始资源的使用。现在，一家公司通过回收满足了超过 75% 的钢材需求。另一家公司的 30% 铝直接来自可再生水电副产品。

清洁能源制造

用电动机床和机器人取代液压机型后，无需使用乙二醇冷却剂。一家制造商改造了占地 80,000 平方英尺的工厂，减少了碳足迹 40%。

可持续采购标准

行业领导者采用采购准则，考虑供应商的能源、排放和负责任的矿物开采。对第三方环境认证和透明采购披露的需求不断增长。

定制和个性化解决方案

随着项目对定制解决方案的需求日益增长，能够快速生产高度定制化的部件变得越来越重要。未来的金属加工利用 CAD/CAM 编程和数控设备将复杂的二维和三维设计转化为一次性部件。这使得复杂的几何形状可以精确定制，以满足大规模生产无法解决的应用需求。

建筑、医疗和工业设计领域对具有专业工程要求的独特制造元件的需求日益增长。针对非标准部件需求提供定制金属加工服务的公司可以在需要个性化解决方案的利基市场中抓住机遇。

新兴培训方法

拥抱新技术

未来的金属制造行业面临着迫在眉睫的技能短缺问题，因此必须采用创新的培训方法来吸引和培养人才。年轻的专业人士尤其期待互动、技术驱动的学习体验。制造企业正在采用增强现实和虚拟现实等工具来提高培训的吸引力。

模拟真实世界的技能

通过虚拟现实焊工培训项目，学员可以安全地练习不同的焊接技术，而无需消耗昂贵的材料。研究表明，与传统方法相比，AR/VR 学员学习关键技能的平均速度要快 30%。身临其境地模拟真实设备和条件有助于确保学员为生产工作做好充分准备。

成功的 AR 焊接案例研究

一位领导者为当地高中提供了一个 AR 焊接模拟器项目。通过游戏化的元素使焊接变得有趣，3 年来吸引了更多的学生投身于职业道路。一个由 30 名学生组成的班级利用 AR 培训进行了焊接认证测试，首次测试的通过率高达 92%，令人印象深刻。与仅使用传统培训方法的学生相比，AR 课程的毕业生在行业认证中的成绩要高出 22%。

正如创新培训计划所展示的那样，身临其境的学习体验既能填补劳动力中的关键角色，又能提高学习者的学习成绩。新兴的虚拟仿真方法将继续重塑制造教育，培养未来的优秀人才。