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3D打印市场解析 制造业仍是最大应用领域

  根据ASTM(美国材料与试验协会标准),3D打印为AM(AdditiveManufacturing)增材制造,被定义为“一个与减材制造相反,利用3D模型数据,通常以逐层堆叠累积的方式将材料连接起来构造物体的过程。”按材料属性分,包括以塑料,金属,生物材料等为主的增材制造工艺。按技术分类(各种技术的优势不同),包括层压、材料挤出、直接能量沉积、混合增材制造、光聚合、粉末床融化、粘结剂喷射、材料喷射的增材技术。

    根据《TheStateof3DPrinting2016》数据显示,2016年3D打印全球市场规模达到100亿美元,根据业内专家观点,预计未来3年CAGR达到44.22%,市场空间达到300亿美元。

    从细分市场来看,2016年全球3D打印市场中,打印设备占比达37%,打印材料33%,打印服务为30%。从下游应用来看,全球3D打印产值在机械、消费品/电子、汽车、航空航天、医疗等行业的应用占比分别达17.5%、16.6%、16.1%、14.8%、以及13.1%,合计占78.1%。

    中国市场

    根据《TheStateof3DPrinting2016》数据显示,2016年3D打印中国市场产值达12.2亿美元,预计国内市场增速将快于全球增速,全球市场占比也将明显提升。

    最新市场趋势

    零部件生产

    3D打印正在经历从原型制作,到工具和模具制造,再到零部件生产。目前3D打印以原型制作为主,我们能看到更多的工具及模具制作在试用3D打印,估计随着成本越来越低,更多零部件生产会通过3D打印实现。

    例如汽车领域,之前主要为汽车设计阶段对于3D打印有需求,较少整车厂购买3D打印机,主要为零部件厂购买居多,多用于内饰、车灯、金属零部件的验证为主,现在开始有向零部件批量化生产发展的趋势。

    根据《TheStateof3DPrinting2016》,2016年3D打印的主要应用分类(按照应用场景):制造原型(55%)、概念验证(29%)和制造(24%)。

    金属3D打印

    近年来金属3D打印是市场热点。从细分市场的角度,根据《TheStateof3DPrinting2016》,3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等,其中塑料是占主导地位的3D打印材料(50%以上)、金属仅为19.8%,由于3D打印科技工具具应用方向逐步转向最终产品生产应用,金属耗材会占有越来越多的市场份额,金属材料份额比重2022年将超过50%,将成为最快爆发的细分领域。

    4D打印和生物3D打印

    据预测,未来5-10年,4D打印与生物3D打印将成为新的热点。

    4D打印是指在在3D打印的基础上增加时间元素,其原理为只需在特定的(如温度、湿度等)条件下,制作出来后的东西可以进行自我变形,是由麻省理工学院的自组装实验室开发和3D打印机制造商斯特塔西有限公司(美以合资)合作开发出来的,目前4D打印还处于实验室试验阶段,现在还只能打印出自动变形的条状物体,下一个目标是制作出可变形的片状物体,然后才是各种更加复杂的东西。

    生物3D打印机是指在数字三维模型驱动下,3D打印机按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元,制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品的技术。目前应用多为支架类(牙科的牙冠固定桥、个性化舌侧托槽、膝关节的假体、外科手术导板),2016年,成功植入猴子体内,生物3D打印技术迈入临床试验阶段。

    最近3D打印大事件盘点(部分)

    美3D打印超声速发动机燃烧室测试成功

    2016年1月18日,位于弗吉尼亚州的OrbitalATK公司骄傲地宣布,他们已成功地在NASA兰利研究中心测试了3D打印超音速发动机燃烧室。不仅测试分析结果确认达到甚至超出性能要求,3D打印的超音速发动机燃烧室也被证明是能够承受最长持续时间的风洞试验记录的一款燃烧室。

    超声波技术,开启3D打印纤维增强复合材料的新时代

    2016年1月,英国Bristol大学的研究论文:“通过超声排序的微观结构3D打印”,发表在《智能材料与结构》杂志上。为了充分控制复合材料微观结构的分布和方向,英国Bristol大学找到了代替熔融长丝的3D打印复合材料的方法,该方法是基于光敏树脂技术的3D打印技术。

    新的复合材料打印技术通过超声波来定位数以百万计的微小增强纤维,形成一个微观的加固框架,超声波的作用与激光束同时作用,通过超声波用来诱导材料的微观结构排列,通过激光束用来固化环氧树脂。

    首飞成功!装有3D打印燃油喷嘴的波音737MAX

    2016年1月29日,波音公司最新的机型737MAX在波音雷顿工厂的测试机场成功完成了首飞。整个过程历时2小时47分钟,没有出现任何异常。这架飞机的动力来源是一对由CFM国际(GE航空与法国飞机制造商Snecma的合资公司)开发的LEAP-1B发动机引擎。除了采用了单晶镍合金压气机叶片和非常轻质的陶瓷复合材料(CMCs),这架飞机还有一个亮点,那就是安装了19个3D打印的燃油喷嘴。

    中科院福建物构所研发出更快打印技术

    中科院福建物构所3d打印工程技术研发中心林文雄课题组宣布在国内首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术,该3D打印机的速度达到了创记录的600mm/h,可以在短短6分钟内,从树脂槽中“拉”出一个高度为60mm的三维物体,而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺(SLA)来打印则需要约10个小时,速度提高了足足有100倍!

    日立开发出3D打印高熵合金技术

    2016年2月,日立制作所和日本东北大学开发出了在拉伸强度和耐腐蚀性能方面出色的3D打印高熵合金“HiPEACE”。与以往的其他制造方法相比,HiPEACE拉伸强度达到铸造方式的1.4倍,点蚀电位提高至1.7倍。用于制造化学工厂等的设备部件时,可延长设备寿命、提高运转率。

    像墨水打印一样打印液态金属?Xjet获得光大和欧特克投资

    2016年3月,液态金属打印技术Xjet成功完成了一轮总额为2500万美元的融资,领投的机构是中国光大控股、私募股权基金CatalystCEL和3D软件巨头欧特克(AutoDesk)公司。Xjet的技术亮点包括纳米金属射流技术、金属混合油墨、新型喷墨装置和喷射方法(高温处理)、出色的分辨率、高于SLS5倍的速度。

    世界首例将3D打印用于制造超导谐振腔

    2016年4月,澳大利亚墨尔本大学的科学家DanielCreedon及其团队在获得3D打印超导谐振腔腔的突破,团队所使用的铝粉的成分与标准的工业铝Al-6061并不一样。他们使用的铝粉重量比中含有12%的硅,而通常只有0.8%。此外,它还含有少量的铁(0.118%)和铜(0.003%)。

    华中科技大学武汉光电国家实验室研发出4激光器的大型SLM金属打印设备

    2016年5月,华中科技大学武汉光电国家实验室教授曾晓雁领导的激光先进制造研究团队研发的大型SLM金属打印装备深度融合了信息技术和制造技术等特征,由4台500W光纤激光器、4台振镜分区同时扫描成形。

    惠普多射流熔融3D打印机正式上市

    2016年5月,惠普公司的3D打印解决方案正式推出市场。首次推出市场的3D打印机包括两种型号,分别是HPJetFusion3D3200和HPJetFusion3D4200。其中4200被设置为具备更高的制造能力水平,可以满足从原型到短期制造等各方面的需求。其中,HPJetFusion3D3200的起价为13万美元,如果用户需要选配后处理系统等其他工具,售价约为15.5万美元。HPJetFusion3D4200的市场零售价则要超过20万美元,价格根据配置不同而有所不同。

    国防承包商英国BAE系统宣布开发一款基于化学反应的Chemputer打印机

    2016年7月,BAE宣布他们正在研究一种化学3D打印机被称为chemputer,能生长高度先进的和定制的无人驾驶飞机。在添加剂和养分的作用下,这些化学成分会发生反应从而“生长”成任何需要的功能性形状。

    华中科大研发成功金属丝为原料的3D打印

    2016年7月22日华中科技大学通报,由该校数字装备与技术国家重点实验室张海鸥教授主导研发的金属3D打印新技术“智能微铸锻”,近日成功3D打印出具有锻件性能的高端金属零件。

    号称世界唯一的无需后处理的工业级桌面型3D打印机诞生

    2016年7月21日,RIZE要做的就是消除那些无谓的浪费,开启为设计师和工程师轻易获取原型和最终产品的可能性。不仅如此,RIZE的打印速度更快,材料更强。

    基于仿真的金属增材制造预处理软件Amphyon问世

    2016年8月,德国的创业公司AdditiveWorks开发了基于仿真的金属增材制造预处理软件-Amphyon,Amphyon的作用是帮助金属增材制造商能够预测和避免零件在3D打印过程中发生变形。AdditiveWorks声称Amphyon可以消除许多与金属3D打印相关的常见问题,包括裂纹、表面质量差、密度不足等问题。

    中国科学家在纳米级3D打印技术制备微型透镜领域获得突破

    2016年8月,中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室的科研团队发表论文,开创性地利用纳米级的3D打印技术--超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维Luneburg透镜器件,其大小仅相当于人类头发直径的1/2,第一次将真三维的Luneburg透镜的工作波段从微波推广至光波段,使对三维Luneburg透镜的研究从宏观的微波领域转向光学领域迈进了坚实的一步。该研究成果将进一步促进微小光学和变换光学的发展,并打开了纳米级3D打印技术在微纳米器件领域中的全新应用。

    Fraunhofer通过3DP技术制造硬质合金模具

    2016年9月,德国弗朗霍夫(Fraunhofer)研究所的研究人员已经成功地使用3DP粘合剂喷射三维打印技术生产硬质合金模具。通过3DP打印硬质合金粉末,研究所能够轻松创建复杂的设计。

    中国首家基于云的中小学在线建模软件GeekCAD正式商业化

    开发两年,又经过近一年创客们的不断使用与反馈,GeekCAD(geekcad.com)于2016年9月8日正式商业化。无需安装软件,GeekCAD在线建模平台只需要三步(绘制平面图案,将平面生成三维,以及精细调整)就可以完成建模,除了在线社区,GeekCAD操作界面包括中文和英文界面。

    Stratasys新目标指向大尺寸以及碳纤维打印

    2016年9月,Stratasys发布了其要达到更大尺寸3D打印的目标及实现这个目标的两个主要途径.一种是将3D打印熔融挤出头通过机器人来完成运动路径,第二种Stratasys将其称为“infintelybuild”。

    钣金加工设备厂商Adira推出世界首台金属3D打印和激光切割复合机

    2016年11月,针对直接能量沉积3D打印功能,Adira开发了激光直接加工工艺,通过在不同功能的加工头之间进行切换,用户既可以选择对钣金进行激光切割,也可以选择使用直接能量沉积3D打印技术进行零件修复或打印。

    浙工大研发超音速激光沉积3D打印技术

    浙工大姚建华团队创新的将3D打印与超音速冷喷涂技术相融合,提出了超音速激光沉积技术,该技术利用了超音速激光沉积技术和激光熔覆技术的各自优势,具有沉积效率高、温度低、成本低、性能高等优点。

    玉柴铸造集成式复合气缸盖砂芯组中的3D打印技术

    广西玉柴在铸造集成式复合气缸盖的砂芯组方面进行了积极的探索,成功铸造出零件复杂程度高的集成式复合气缸盖。集成式复合气缸盖的复杂性包括进排气道、喷油器安装孔、缸盖上水套、缸盖下水套、气缸孔、缸孔水套和凸轮挺杆孔。3D打印在其中发挥的作用是组合砂型的缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型是由3D打印出来的。

    突破技术瓶颈,3D打印钨材料

    铂力特经过多次研究试验,研制出专门针对难熔金属和高导热高反射金属的专用3D打印装备BLT-S300T,有效地解决了以上问题,打印出了钨合金零件,并且工艺参数稳定,成形良好。该零件整体采用薄壁结构,最小壁厚仅0.1mm。

    南京航空航天大学3D打印铝基纳米复合材料

    南京航空航天大学提供一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料,用于激光增材技术领域,有效的解决铝基纳米复合材料在激光增材过程中工艺性能与力学性能不匹配、增强颗粒分布不均匀以及陶瓷相与基材相之间润湿性较差的问题,使得所获得的产品具备良好的界面结合以及优异的力学性能。

    3D打印一体成型核反应堆压力容器

    2016年12月,中国核动力研究设计院与南方增材的研究成果3D打印反应堆压力容器试件已经通过国家能源领域相关专家的技术鉴定。南方增材科技有限公司拥有自主研发的大型电熔3D打印设备,能打印直径达5.6米,长度达9米,重达300吨的厚壁重型金属构件。


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