2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（聚合物篇）
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近年来，3D打印材料市场随着需求的增加正在迅速增长，越来越多的企业购买打印机并扩展增材制造技术的使用量。2019年，3D打印材料市场的规模超过15亿美元。在未来五年中，这一市场它有望突破45亿美元。在这一巨大市场增长的驱使下，材料供应商尤其是巨型化学公司和金属材料生产商，越来越多地参与该行业，除了开发新材料外，它们还为3D打印技术的产业化做出了巨大贡献。
本期，3D打印技术参考深入介绍本行业材料市场在2019年的发展情况，哪些公司正在推动市场发展，哪些趋势正在塑造未来。
就市场份额而言，聚合物仍然是最为领先的3D打印材料。从2014年到2018年，全球3D打印材料收入的80.6％来自聚合物，2018年达到34亿美元。捷普公司对308个3D打印用户进行的调查显示，2018年有74％的用户正在使用或使用过聚合物3D打印材料。
3D打印材料市场分布（来自Wohlers Report 2019）
聚合物材料的高市场占有率得益于此类材料打印设备的最为便利的安装和使用基础，无论是SLA还是FDM，操作和使用都更容易，成本更低。
▌更多地关注高性能热塑性塑料
尽管光敏树脂、PLA和ABS等中低性能聚合物占据市场主导地位，但目前市场对能够承受高温、腐蚀等恶劣环境的高强度、功能性材料的需求正在不断增长。3D打印行业正在通过开发高性能热塑性塑料（如碳纤维增强复合材料，ULTEM，PEEK和PEKK）来响应这一趋势。
这些材料不仅能够用来打印功能原型，甚至可以直接制造各种工业应用的最终用途零件。在整个行业中，化学公司正在越来越多地开发这些先进材料，特别是用于增材制造的材料，如巴斯夫、索尔维和赢创等。
3D打印PEEK
许多3D打印设备商也在与这些公司紧密合作，以适应这些材料所需的3D打印硬件。例如，知名的高性能聚合物3D打印机制造商Roboze与SABIC合作开发了一种名为EXTEM AMHH811F的非晶热塑性聚酰亚胺长丝。这种新材料具有高达230°C的热变形能力，耐高温性能出色，其玻璃化转变温度为247°C的，被合作伙伴认为这是所有可3D打印的材料中最高的。此外，该材料还具有出色的阻燃性能，良好的耐化学性，并能够在高温下保持机械强度。
高性能热塑性塑料的开发对于3D打印的产业化至关重要，它们加快了该技术在医疗和航空航天等关键行业从原型到高级应用的过渡步伐。
3D打印的空客直升机ULTEM零件
目前，PEEK 已经开始用于创建患者的特定植入物，在此方面取得的进步及高增长潜力，促使赢创投资了中国上海Meditool公司，后者作为一家中国初创企业，专门从事用于神经和脊柱外科手术的PEEK 3D打印植入物制造。
▌复合材料兴起
复合材料是高性能聚合物的又一个显著增长的领域。复合材料由热塑性基材和增强纤维组成。目前，用于3D打印的增强材料有碳纤维、玻璃纤维或凯夫拉尔纤维增强。这些材料以粉末、粒料或长丝形式提供，短切纤维增强是最常见的复合材料形式，而连续纤维增强也在获得越来越多地探索。十一月，Desktop Metal宣布了其最新的Fiber 3D打印机，它能够用连续碳纤维增强尼龙、PEEK和PEKK材料。
SmarTech分析报告预测，未来五年全球3D打印复合材料市场将以22.3％的复合年增长率增长，此类材料在医疗、航空航天领域以及消费领域（如下一代汽车、能源和运输领域）的应用扩展中变得越来越重要。
3D打印的波音777X大型复合材料零件（20％碳纤维增强ABS）
在过去的12个月中，复合材料3D打印市场一直在发展，材料种类和应用都在迅速增加。今年早些时候，Continuous Composites与阿科玛合作，前者的专利连续纤维3D打印技术将与阿科玛的光固化树脂解决方案相结合，从而为连续纤维复合材料3D打印提供新的选择。同样，山特维克（Sandvik）创建了世界上第一个用于3D打印的金刚石复合材料，该材料具有出色的硬度和导热性，以及低密度、耐腐蚀和良好的热膨胀性，这种材料对太空应用特别有益。
石墨烯是地球上最坚固的材料之一，同时具有很高的电导率和导热率，其应用覆盖电池制造到航空航天等多个行业。10月，3D打印线材生产商Terrafilum与石墨烯纳米复合材料的设计和制造商XG Sciences合作，开发了用于挤出3D打印的石墨烯增强材料。此外，自2016年以来，弗吉尼亚理工大学和劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员也一直在开发一种使用石墨烯进行3D打印复杂对象的新颖方法。石墨烯对于3D打印仍然是非常具有挑战性的材料，而且价格昂贵且难以生产。因此，石墨烯先进材料的3D打印仍处于初期阶段，但进展非常显著。
▌弹性材料呈现爆炸性增长
越来越多的公司将3D打印应用于消费品、医疗和工业应用，这些应用需要兼顾柔性、韧性和灵活的特点。这种需求推动了TPU和有机硅等柔性材料市场的增长。仅在过去的六个月中，就3D打印的柔性材料就发布了多条公告。
3D打印的tpu软管
7月，全球化工公司Huntsman推出了用于鞋类应用的柔性IROPRINT 3D打印材料系列。材料分为树脂、粉末和丝材三种形式，可用于生产鞋类、软管和垫圈，机器人抓手、密封件以及其他类似橡胶的应用。
9月，EOS推出了新的柔性TPU 1301粉末，从而扩展了其聚合物材料产品系列。该材料变形后具有出色的弹性和减震性，并且工艺稳定性极好。特别适用于运动领域防护装备和鞋底制造以及汽车领域的缓冲元件和防护齿轮等零件制造。
3D打印的TPU减震鞋垫（点击阅读）
10月，德国化学公司科思创对其TPU材料开发了新的应用：3D打印矫形鞋垫。由于其良好的性能范围，TPU是该应用的首选材料。科思创的TPU产品涵盖了广泛的硬度范围，可以通过改变鞋垫设计的结构来进行调节。这意味着制造商可以打印具有软硬接触区域的鞋垫，从而实现最终定制。
此外，有机硅弹性体科学的全球领导者陶氏还推出了两种新型的液态硅橡胶3D打印材料。该公司与Nexus Elastomer Systems以及德国RepRap公司合作，为3D打印用户提供3D打印的具有彩色和功能性的硅橡胶零件。
3D打印的彩色硅橡胶
显然，柔性材料的可用性使企业可以扩展新的应用，并从3D打印中受益更多。
▌具有阻燃性的聚合物
在业内具有特定性能的材料正在获得较快的发展，阻燃性就是其中之一。这种趋势可能是受到来自交通和电子等对消防安全有严格要求的行业需求所推动的，这些行业正开始大量使用3D打印。
帝斯曼Novamid AM1030 FR是经UL认证的阻燃材料，可通过挤出3D打印成型，适用于汽车和电子行业。同样，Markforged也发布了自己的阻燃材料Onyx FR，同时它也是一种复合材料（尼龙填充短切碳纤维），是许多关键工业应用的理想之选。
Markforged短纤碳纤维复合尼龙阻燃材料Onyx FR
随着企业开发出越来越多的3D打印应用，特种聚合物材料的研究将继续发展，未来将出现的另一个高增长的领域可能会是具有更高抗紫外线性能的聚合物，这将有助于推动汽车领域的应用。
END
材料种类的多样化将为新兴公司和现有材料供应商带来高额回报，新材料进入增材制造市场的速度比过去10年要快得多。本期，我们介绍了聚合物材料的发展概况和发展机遇，下期，我们将推出陶瓷和金属材料篇，敬请期待。
