2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（陶瓷金属篇）
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在上期的《2019年3D打印材料市场演变—聚合物篇》中，我们介绍了从高性能热塑性塑料、复合材料到具有特殊性能的专业材料等聚合物材料的发展概况和发展机遇，材料种类的多样化正在为新兴公司和现有材料供应商带来高额回报。材料是增材制造产业链中的关键一环，本期，我们将继续介绍陶瓷和金属3D打印材料市场的演变特点。
陶瓷材料
3D打印陶瓷市场目前还没有聚合物市场那么大，但发展速度令人意外。根据SmarTech Analysis的报告，2020年陶瓷3D打印市场将超过2000万美元，到2029年将超过4.5亿美元。该报告还强调了一个事实，由工业陶瓷或传统陶瓷材料所制造的最终用途零件，其增值效益将有望在中长期内推动用户对硬件和材料的需求。
特别是对于工业陶瓷或高性能陶瓷，此类材料具有先进的机械性能，如极高的强度质量比、耐高温和耐化学性，它们已经用于从航空航天到电子技术的多个高级制造领域，来自这些领域的企业也是3D打印技术的首批采用者。
2018年，以陶瓷和金属纳米粒子喷射（NPJ）技术著称的Xjet公司开发出氧化铝陶瓷，与氧化锆相比，氧化铝具有较高的硬度和强度，但耐磨性较低，在烧制前后易于加工和精炼。
尽管陶瓷3D打印落后于聚合物和金属3D打印，但陶瓷3D打印技术和相关材料在未来五到十年内具有巨大的发展潜力。
金属材料
金属3D打印材料市场充满增长潜力，据Wohlers Report 2019报告，2018年全球金属3D打印材料市场增长41.9％，达到2.6亿美元，连续五年增长率超过40％。采用金属3D打印的用户数量的稳步增长，推动了对材料多样性和更高材料质量的需求。
▌金属粉末产量正在上升
近年来，金属3D打印工艺如选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）、粘结剂喷射和粉末直接能量沉积（DED）等技术，均呈现全面强劲增长趋势，越来越多的材料供应商开始加入该行业，而那些已经加入的材料商正在努力提高生产能力。
2018年的一个重要趋势是许多供应链间的合作和收购，材料供应商的生产能力也在提高，这使得市场上各种合金材料的储量实现增长。市场供应量的提高对材料价值链产生了积极影响，使得规模经济增加，成本降低，并向3D打印应用领域的临界质量迈进。
2009-2018全球金属3D打印材料市值变化（百万）
HöganäsAB是世界领先的金属粉末制造商之一，其在德国新建立的雾化工厂专门生产3D打印高纯度镍基、钴基、铁基等金属粉末并销往全球。国内河北敬业集团是传统的钢材生产商，其于2015年开始生产金属3D打印粉末产品，并在2017年实现两公斤粉末卖出一吨钢价格的创举。瑞典先进材料开发商和生产商山特维克开设的钛合金粉末工厂则支持了钛材料3D打印的增长趋势。
目前，无论初创企业还是传统的材料供应商几乎全都受益于金属3D打印快速增长，并得到丰厚回报。
▌金属材料生产商努力占据增材制造全价值链
除了增加金属粉末产量，许多生产金属3D打印材料的公司还通过战略收购和业务重组来扩大在3D打印价值链中的作用。
今年年初，英国航空航天和汽车公司GKN旗下子公司GKN Additive宣布了一个新的子品牌GKN Additive Materials，该子品牌是与母公司金属粉末制造商GKN Hoeganaes合并而成。这使GKN Additive也拥有了一个子品牌GKN Additive Components，这样一来，该公司就能够整合增材制造工艺和材料，强化增材制造应用，使其成为一个完整的由粉末到零件解决方案的全产业链供应商。
GKN加速从材料到零件的整个过程链的工业化
为了进一步巩固其在增材制造市场中的地位，GKN在10月份还收购了美国3D打印服务提供商Forecast 3D，虽然后者专门从事聚合物3D打印，但此举使GKN拓宽了增材制造的应用范围和领域。通过此次收购，总部位于英国的GKN可以在整个美国市场占有更大的份额，并将开拓全新的业务领域。
除此之外，瑞典山特维克在今年8月出人意料地收购了意大利金属3D打印服务商Beam IT 30％的股份。据该公司称，此举符合其战略目标，即扩大在更广泛的制造业中的存在，该公司希望通过投资增材制造来实现这一目标。
▌用于增材制造的新型金属材料
所有这些活动都表明金属增材制造行业的快速发展态势，其增长的最终指标是持续的材料开发。众所周知，金属粉末很难开发，认证更是困难，但是也一直在取得进步。
H.C. JX日本矿业金属公司推出了一系列雾化钽、铌3D打印粉末。凭借高熔点、高耐腐蚀性以及高导热性和导电性，这些材料可用于化学加工、能源和其他高温环境行业。雾化的钽、铌粉末具有出色的流动性和高振实密度，“完美”的球形和狭窄的粒度分布，这些都是粉末床熔融工艺所用材料的关键特性。
H.C. JX推出钽、铌3D打印粉末
英国材料商OxMet Technologies开发的专为3D打印工艺设计的耐高温、高强度镍基合金，在900°C的高温下仍具有很高的强度。而目前可用于3D打印的镍基合金（IN 718）在650°C以上会变得不稳定，在涡轮机械组件的使用中存在风险，因此新材料的开发体现出显著的性能改进。
国内，由苏州倍丰吴鑫华研究团队开发的Al250C材料则将目前可用于3D打印的铝合金材料达到了最高水平，其拉伸强度超过600Mpa，屈服强度可达580MPa，延伸率11%，制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小时的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。这一成就使该材料成为市售最强的铝AM粉末之一。
为了推进持续使用资源的循环经济理念，微波等离子技术专家6K采用机加工铣削、车削和其他再生原料生产优质的3D打印金属粉末。将来，6K还计划采用金属打印的支撑结构和废品制造粉末，从而真正实现材料的零浪费。这为增材制造用户提供了一种新方式来管理项目成本和控制供应链，同时还提高了金属增材制造的可持续性。
▌材料：增材制造产业链的关键一环
材料在使3D打印成为真正的生产技术中起着关键作用。根据捷普最近的一项调查，41%的受访用户认为，引入更好的材料将对鼓励大规模采用3D打印进行生产产生最大的影响。
当前，增材制造产业链的上游企业正在积极响应这种需求，一系列的高级聚合物和特种金属不断面世。如今，材料供应商能够更清楚的识别、优化、制造和回收3D打印材料。同时，我们也看到更多的参与者进入了材料开发的新领域，无论是复合材料、硅树脂还是陶瓷。
虽然，高昂的材料成本仍然是限制3D打印应用的的关键瓶颈之一，但随着需求的增加，材料价格将会不断下降，从量变到质变还需要时间。最终，在大公司和新兴公司的推动下，3D打印材料行业将继续蓬勃发展，而这种上升趋势将在未来几年继续影响整个3D打印行业。
