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3D打印产业发展或遇“瓶颈” 材料种类稀缺是为要素

2014-09-30 12:00
龙凰
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  3D打印技术,因其新颖的增材制造的理念在上世纪80年代一经推出,即受到热捧。近5至8年,随着其核心部件如激光、高精度电机、加热喷头等相关技术的发展,加之诸如打印汽车、枪支、食品、器官等事件的报道,3D打印被提升到相当高的位置,其产值和应用范围被严重高估。

  3D打印还未形成广泛的工业应用,不存在实际的完整产业链条,不能大面积应用的最主要原因是各类适用材料不能满足设计要求。在常用3D打印材料种类基本稳定的前提下,企业若期望提升产品质量、提升产品竞争力和扩大市场份额,就需要对一系列打印设备组件进行技术升级。打印设备总体设计优化,对成型工艺进行创新,以及对加热/制冷喷头、三维运动机构、步进/伺服电机、激光束/电子束发生器、送料装置等设备进行技术升级,都可以提高3D打印产品的力学性能、表面质量,减少预处理/后处理工序,节约成本、提高生产效能,从而提高3D打印设备的市场竞争力。

  3D打印材料是用于逐层堆积制作零部件的基础原材料,也是此项应用的技术核心。科研人员针对不同类型和性质的原材料开发出各类3D打印技术。目前市场上主流的3D打印工艺有选择性激光烧结(SLS)、光固化成型(SLA)、丝材熔融挤出成型(FDM)、液体喷印成型(3DP)、分层实体制造(LOM),以及相应的细分衍生技术等,其应用材料则包含金属粉末、高分子聚合物、光敏树脂、聚乳酸、无机材料粉末、生物高分子材料等,涵盖范围十分广泛。

  由于3D打印技术采用在水平面内逐行成型、在三维结构内逐层堆积的技术原理,致使打印材料性能直接决定成品的强度、刚度等力学性能,粗糙度等表面质量,以及防潮性、热稳定性、生物相容性等其他特殊性能,而材料性能又能进一步影响热处理、表面理化处理、精加工、抛光镀膜等后续工艺,直接影响生产成本和成型效率。

  3D打印材料的需求持续影响着3D打印技术的发展趋势。以选择性激光烧结技术为例,该技术针对不同种材料提升激光束质量、设定相应聚焦点尺寸和激光强度、熔融挤出成型(FDM)技术研究喷头加热温度对ABS塑料熔丝尺寸和成型性能的影响、设备中三维运动机构提高精度的改进、步进/伺服电机的响应速度和精度的提升,均是在打印材料的需求影响下进行的技术提升和创新。

  3D打印产业包含打印设备、打印材料和打印服务三大类。据赛迪顾问统计,2013年全球3D打印产业中,打印设备产值和打印材料产值比重相当,分别为38.6%和37.2%,均超过总产值40.1亿美元的1/3,打印服务产值占比略小,为24.2%。

  可以看出,打印材料业务可较大程度影响3D打印企业的生存发展。全球3D打印龙头3DSystem公司由于打印耗材需求量大增,导致其收购了多家材料生产企业,材料业务的增长最终使其在2013年全年实现45%的营收增速,在全球3D打印泡沫开始破裂时逆市增长。

  目前可应用于3D打印的材料种类较少,大量材料的应用潜能也未开发出来。如在未来能解决3D打印材料在应用领域面临的三大突出问题,打印材料可能会成为整个3D打印产业产值最高的环节。

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