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。 Xjet3D打印的金属-陶瓷一体结构 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。 Al250C拉伸强度与其它铝合金对比 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。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.3D打印金属材料全球发展态势及国内细分领域应用现状 2.国内空天动力部门对3D打印材料发展的有哪些期待 3.激光成型高温难熔金属材料的种类及应用 4.金瓷结合：Xjet将实现多材料一体打印

当前，增材制造正在急剧地改变产品制造的方式，对传统工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，催生大量新产业、新业态、新模式。面对已经到来的2020年，Materialise和惠普分别对增材制造产业的发展作出了预测和趋势分析，中国增材制造产业联盟秘书处对其进行解读，汇集于此，供读者研讨。 首先，Materialise以30年增材制造经验为基础分享了2020年增材制造趋势:可持续性、规模化和不确定性。 一是使增材制造更其可持续性。跨国公司的影响力越来越大。但随之而来的是更大的责任。增材制造行业也同样需要考虑技术对社会和环境造成的影响。这意味着，当我们开发新产品和技术来为客户创造有价值应用时，可持续性成为首要的考虑因素。从社会和环境的角度来看，增材制造已经为企业提供了一种更加可持续的生产方式。展望未来，面临的问题不是“3D打印是不是一种更具可持续性的制造技术”，而是“我们如何才能使增材制造更具可持续性”。 二是不确定性带来的机会。面对经济形势的不确定性，制造企业，尤其是那些对需求波动更为敏感的行业，将更专注于降低成本和规避风险。当前，增材制造不再仅仅是原型制造，已成为制造终端产品的补充性技术，多企业通过增材制造获得优势。此外，增材制造并不依赖规模效应，只需很少的启动资金。按需生产意味着对库存的需求降低，而本地化生产可以减少关税波动带来的影响。因此，未来更多制造企业将把增材制造作为降低成本和规避风险的工具。 三是为人工智能在增材制造中的应用打下墓础。随着增材制造被广泛应用，更多传感器被用来监测制造流程，Materialise正在收集比以往更多的数据。未来，需要让数据帮助决策。人工智能是一种功能极其强大的工具，可用于处理大量数据并从中获得帮助决策的深入见解。如今，已有人工智能推进增材制造的案例。但是，真正释放人工智能在增材制造中的全部潜力，需要更好地理解定义增材制造流程的诸多参数和算法，需要在研究、创新和跨行业合作上持续投入。 四是全新的创新氛围。增材制造设备、软件和材料的进步正在创造绝佳的机遇。近年来，增材制造在许多方面取得进步:更快的打印设备、更多新材料和更多后处理选择。汇集起这些进步，形成了令人振奋的创新氛围。这些进步不仅让我们可以通过改进生产流程来增强现有的应用，而且还将激发以前无法想象或实现的全新应用开发。 五是投资自动化后处理。随着企业扩大增材制造的规模，将越来越依赖自动化。但扩张的潜力受到后处理的限制，尤其是在当前后处理主要依靠人工操作的情况下。通过简单地增加人员来扩大规模会导致成本和不确定性增加，并且不能保证可靠性。如果要扩大生产规模，唯一的办法就是自动化后处理。工业4.0以及它带来的更强大的自动化能力，正在创造全新的方式来自动化后处理流程。这需要时间、精力和更多的投资，并且只有在增材制造规模扩大后，这些投资才能获得回报。但这个回报是确信的，因此从当下就开始对自动化后处理进行投资至关重要。 上周，惠普发布增材制造对于工业4. 0的推动性影响分析，包括对更可持续生产的需求、自动化将如何改变工厂，以及数据和软件的崛起将支撑数字化制造。 一是自动化装配将在工厂蓬勃发展。包括3D打印金属和塑料零件组合装配在内的无缝集成多零件自动化装配将到来。随着自动化程度提高，行业中存在着一种更加自动化的装配方式可能性，即可以同时在金属和塑料材质方面制造零部件。例如将金属部件直接3D打印到塑料零件中，制造耐磨并收集电能的零件，甚至将导体或电机制造到塑料零件中，或许可以使汽车行业受益。 二是数字信息编码转换成3D打印纹理。使用增材制造技术将数字信息编码到表面纹理中，从而提供比序列号更丰富的数据有效负载。例如3D打印数百个隐藏的识别号散布在零件表面，数据信息既隐藏又普遍可见，人和机器根据表面纹理读取具体信息。跟踪零件打印和数据处理的能力变得越来越重要，增材制造监控手段也将成为未来热点。 三是可持续生产将成为企业当务之急。传统制造工艺对环境的影响可能是巨大的，因为将近三分之一的碳排放与商品的生产和分配有关。增材制造大大减少制造业产生的废物、库存和CO2排放。工程师和设计师将重新思考产品整个生命周期中的设计，以通过组合零件并使用复杂形状的轻质零件，减少材料消耗和浪费。这进一步减轻汽车和飞机重量、提高然油效率，从而减少温室气体排放和能源消耗。并且随着越来越多的制造商将数字文件传输到本地生产，减少了货物运输，从而降低成本、能耗、浪费和排放。 四是增材制造人才和教育需求增长。一种趋势是彻底的思维转变，为工业4.0做准备。大学和培训计划将越来越多地建立一套新思维过程，将促使学生超越思维的局限，迎接未来的制造。随着教育工作者利用新的软件设计工具以及采用增材制造等创新课程并建立新的增材制造学位课程，学生将更有能力利用增材制造技术，抓住行业在未来10年内将创造数百万个就业的机会。 五是大规模定制推动鞋类、眼镜和牙科领域发展。个性化定制消费将推动数字制造业增长。鉴于增材制造技术带来的定制功能具有很多价值，在鞋类有着巨大应用空问，据SmartTech称，鞋类3D打印或许将在未来10年内增加到63亿美元总收入。随着眼镜行业迅速采用增材制造技术，也正出现与此增长机会相吻合的发展态势。 六是增材制造将为车辆电动化转型提供动力。电动汽车的普及，致使汽车制造商将继续释放金属和塑料增材制造技术赋能动态供应链的价值，以加快其设计和开发速度，实现宏伟的目标。增材制造技术使得汽车制造商能够生产传统工艺无法制造的汽车零件，从而将电动汽车甚至自动驾驶汽车的设计与制造能力推向新水平。 七是增材制造将推动优化新的供应链效率。大约25%的零件成本在仓储环节中。节约库存和仓储成本，是追求零部件通过增材制造来实现的重要推动力。减少材料浪费，减少废旧零件，降低物流带来的碳排放，增材制造从供应链角度为可持续发展带来新的空间。 八是软件将把数字制造边界进一步扩展。2020年，增材制造硬件功能与软件生态系统之间的差距将进一步缩小。软件和数据管理的进步将推动系统管理和零件质量的改善，从而达到更好的制造效果。行业内的企业正在创建API挂钩，为用户和合作伙伴构建一个灵活的生态系统，制造商将能够利用个性化的生物识别数据进行大规模定制，释放新价值，包括通过供应链进行零件的可追溯性，虚拟库存和备件管理，并实现更接近最终客户的分布式制造。 END 以上便是来自全球知名企业对新一年增材制造产业的预测，无论从哪个角度来说，都将对我们带来很大的启发。中国增材制造产业联盟对其解读更加通俗易懂，方便我们深入思考。新的一年，祝愿同行们能够获得更好的发展！ 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.2019年10大3D打印技术、材料和应用突破 2.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（聚合物篇） 3.9大领域187项全球工程前沿，3D打印覆盖7领域18项工程 4.2019年度3D打印市场发展关键词：增长与活力 ---广告---

2019年，3D打印技术的革新继续获得突破，从打印速度提升到打印材料扩展，从应用深入到生产流程的全自动化，新突破和新技术引领2019年度3D打印行业的发展。本期，3D打印技术参考例数本年度本行业的技术突破和应用。 1. 轴向光刻技术 如果传统上提到的3D打印还只是二维打印的纵向叠加，那轴向光刻则能称得上是真正的三维成型。1月31日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）与加州大学伯克利分校的研究人员于《Science》发表最新成果，其采用多激光在轴向旋转过程中实现不同角度同时曝光，使材料能够从模型的“内核”逐渐向外部固化，实现了真正的立体打印。 轴向光刻体积打印 轴向光刻技术比现有的聚合物3D打印技术快很多倍，通常只需几分钟就可以完成打印，生产的零件具有良好的表面粗糙度，并且可以做到更大的尺寸。此外，轴向光刻技术所打印的零件受周围液体浮力的支撑，首次实现真正无支撑3D打印。未固化的光敏材料也几乎零浪费，100%可重复利用。 2. 3D打印会生长的骨、会呼吸的肺，会跳动的心脏 2019年，生物和医学3D打印取得重要突破。4月15日，以色列特拉维夫大学在Advanced Science上刊文，宣布成功用人体细胞制造出世界上首颗3D打印心脏。这颗人工心脏大约两厘米长，不仅有心脏细胞，还有血管和其他支撑结构，甚至能像真实的心脏一样跳动。最关键的是，这颗心脏的“打印原料”和“粘合胶水”，均来自患者本人体细胞，不会在进行器官移植时产生任何排异反应。这项研究为器官移植带来新的可能。 心脏3D打印过程 4月18日，西北工业大学汪焰恩教授团队3D打印活性仿生骨技术取得突破性进展，团队研制的3D打印活性仿生骨可以做到与自然骨的成份、结构、力学性能达到高度一致，可在生物体内“发育”，甚至使自体细胞在人造骨中生长，最终，人造骨与自然骨很好地生长在一起。 3D打印的活性仿生骨 5月3日，《Science》最新一期封面文章带来了美国莱斯大学与华盛顿大学的研究团队的一项里程碑式发明，他们采用立体光刻3D打印技术制造了肺部错综交缠的血管网络以及用于运输空气、淋巴液等物质的管道。这枚3D打印的肺具有完整的血管结构，能够朝周围的血管输送氧气，完成“呼吸”过程。 3D打印的可呼吸肺泡组织 8月2日，美国卡内基梅隆大学Feinberg教授团队提出了一种利用悬浮水凝胶自由可逆嵌入(FRESH)来对胶原蛋白进行3D生物打印，这种方法能够从毛细血管到整个器官的不同尺度上直接获得具有精确控制组成和微观结构的人体心脏组织成分。相关论文以“3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart”为题，发表在《Science》上。 用人类心肌细胞打印的心室显示同步收缩‍ 从这四项重要进展可以看出，3D打印对于医疗的贡献是巨大的。在未来10年，人们有可能会采用自身的组织细胞制造出活性的组织和器官，这无疑能够最大程度解决移植器官的供体短缺问题。 3. 新型大尺寸、高速、光固化技术，突破Carbon打印速度最高纪录 2019年10月18日，《Science》发表美国西北大学关于一种大尺寸、高速、光固化（DLP）3D打印机的最新成果，其改进的重点与Carbon的CLIP技术类似，即通过树脂槽的改进（创建隔离层）防止打印过程中零件与树脂槽的黏连，从而可连续性实现快速打印；同时，该方法还可消除固化过程中产生的热量，最终突破了Carbon CLIP技术打印速度的最高纪录。 HARP快速打印过程 得益于良好的散热技术，HARP技术打印的零件不会出现破裂和变形，可打印高强度、弹性以及陶瓷零件。这些连续打印的零件机械性能很好，可用于汽车、飞机、牙科、矫形器、时尚等领域。HARP原型机尺寸为610*380*3960mm，每小时连续垂直打印高度超过430mm，固化树脂100升，具有3D打印创纪录的吞吐量。HARP技术有望在未来18个月内进行商业化应用。 4. 高强铝合金材料屡获突破 本年度，国际范围内有多个牌号的高强铝合金获得上市和应用。 3月，中国长沙新材料产业研究院通过添加稀土元素及化学成分调整、后处理工艺摸索等手段，成功研制出了一种高强铝合金粉末材料。通过在多家用户不同型号设备上机使用验证，此种合金粉末材料的成型零件室温拉伸强度达到535MPa以上，屈服强度达到510MPa以上，延伸率达到12%以上。与空客公司研发的高强铝合金粉末产品性能相当，目前已被航空航天用户采购应用。 8月，莫纳什大学吴鑫华院士领导的研究团队成功开发出了牌号为Al250C的高强高韧增材制造专用铝合金材料，为3D打印铝合金材料再添一名明星成员，其拉伸强度目前已超过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。此举受到了包括美国通用、波音、雷神、赛峰等多家航空巨头的重视。同月，英国铸造专家Aeromet International宣布，其获得专利的铝合金A20X已超过500 MPa的极限拉伸强度，这一成就将这种材料确立为“市售最强的铝增材制造粉末之一”。A20X是一种铝铜合金材料，已经被领先的航空铸造供应商的全球网络所采用。 当前高强铝合金的性能对比（具体成分数据上传至QQ群） 10月，美国休斯研究实验室（HRL）开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料因使用锆基纳米颗粒作为成核剂，避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题，并可实现细晶粒微观结构，强度超过600 Mpa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 据SmarTech介绍，铝合金占金属3D打印中所有金属粉末的消耗量（按体积计算）将从2014年的5.1%逐渐提高到2026年的11.7%左右。铝合金正在追赶上钛、镍和钢等材料，成为支持增材制造下一代发展的重要机遇。 5. 哈佛大学开发多材料多喷嘴，高频无缝切换3D打印系统 11月13日，哈佛大学工程与应用科学学院研究团队在国际顶级期刊《Nature》在线发表研究文章，涉及一种新型的多材料全彩3D打印系统，为3D打印功能材料制造提供了一种新的途径。 研究团队采用该技术开发的16脚软硬质弹性体功能机器人 该团队设计的多材料多喷嘴3D打印系统通过使用高速压力阀控制并行排列的多达128个喷嘴，能够在极短时间内实现八种不同材料无缝高频切换，实现对材料组成、几何形状和结构性质的体素级别控制，从而大大拓宽了可以设计和制造复杂图案的体素化材料的范围，推动了增材制造可达到的速度和材料界限。这一突破不仅仅是实践应用的进步，更具备改变设计、制造功能器件的潜力。 6. eos金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功 自2017年5月以来，EOS联合戴姆勒汽车、Premium Aerotec（飞机零配件制造商）发起名为“NextGenAM”的新一代增材制造试验性生产线项目，旨在探索金属3D打印在批量生产中的自动化潜力。今年5月，该项目成功完成，11月，该项目成果在法兰克福3D打印展会期间面世。 金属打印无人干预、全自动化的生产流程 “NextGenAM”致力于无人干预、全自动化的生产流程，所有机器网络化，全部由中央自动控制站发出命令并控制，集成质量管理的连续3D数据链使该生产系统成为未来工业4.0基准的首批案例之一。自动化的生产线可被轻松复制，以扩大工厂的产能。该项目的成功证明，金属3D打印完全可以自动化的实现经济、高效的批量生产，同时也证明了数字化制造的可行性。 7. 激光烧结技术开启光源性改变 传统上，激光烧结技术一直使用CO2激光器作为能量来源，即EOS于去年推出基于近百万个二极管激光器阵列的LaserProFusion技术之后，SLS技术的光源开始发生多样性改变。 3月，中国华曙高科推出高分子光纤激光烧结技术，在效率、产能、打印细节品质方面刷新现有同类技术的记录，把SLS工艺带到了新的发展阶段。 SLS光源改变，打破常规 11月，EOS再次革新SLS技术—第一次将CO激光器用于工业级粉末床3D打印。相比于CO2激光器，CO激光具有前者一半的输出波长，更高的材料吸收率和更小的聚焦光斑，从而可以更高的粉层厚度和更低的功率进行更高细节表现力的加工。 SLS技术光源形式的改变，均在于提升生产效率和降低生产成本，对丰富技术多样性和促进3D打印应用大有裨益。 8. 飞秒投影双光子光刻，将3D打印提速1000倍 基于双光子光刻(TPL)的亚微米增材制造技术有望实现量产制备具有纳米尺度的复杂三维结构。然而，对于工业应用而言，TPL的连续逐点扫描速度太慢。同时使用多个单光电无法达到亚微米分辨率，或者无法模拟复杂的结构。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和香港中文大学合作提出一种通过超快激光打印亚微米结构的技术，通过投影2D聚焦平面构筑3D模型。这种方法在不牺牲分辨率的情况下将传统方法的产率提高了三个数量级，能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构。 制备纳米尺度复杂三维结构 该技术的打印量、分辨率和模式灵活性使其成为一项有吸引力的技术，可实现微纳米结构的批量制造，可用于机械和光学超材料，微光学、生物支架，电化学接口和柔性电子器件多种领域，是一项具有实用性的革新技术。相关研究成果刊发在《Science》上。 9. 中国国产大尺寸SLM设备爆发 此前，基于SLM的大尺寸金属打印机几乎全部为欧美公司所垄断，如SLM Solutions (SLM800)、concept laser (X line…

金属3D打印的产出情况，相信从事这个行业的很多公司都做过计算，据国内某3D打印服务商提供的统计数据，其年度金属零件净重与材料的总消耗（同种材料）之比由于材料的不同从1:3.8到1：2.5不等；另一医疗行业研究机构的金属3D打印材料产出比为1:1.5，通过这两项数据，我们可以知道金属SLM的材料产出率约为26%-67%，实际上多数情况不足50%。当然这个范围并不具备权威性，但却具有一定的代表意义，笔者计算了本单位的产出率也在这个范围之间。 SLM产生的支撑结构和浪费的粉末 这意味着，3D打印虽说节省材料，但同样会造成大量的材料浪费。这些消耗的材料包括支撑结构、废件、被循环系统带走的金属粉末以及粉末筛分过程产生的损失，被循环使用多次的粉末，也需要混合新粉才能继续使用。 3D打印的高成本很重要的一个因素来自于材料，通常情况下，金属打印的支撑结构、废件以及污染的粉末无法再使用，企业多会丢弃而且要付处理费，也许有的企业会当做废金属变卖，也许还有其他的途径，但损失是极大的，我们也在此处做个统计。 在材料本身很昂贵的前提下，如此高额的浪费，造成了如今使用成本的高昂。那么这些打印后的支撑结构和废件，能否重复再使用呢？能用来做什么？金属粉末制造商6K Additive给出了答案。 ▌使用CNC铣削、磨削废料，3D打印支撑、废件生产优质金属粉末 6K所使用的工艺既不是已被广泛使用的气雾化法，也不是等离子旋转电极等方法，而是采用一种称为微波等离子体的制粉工艺。更为重要的是，它所使用的原料是CNC铣削和磨削的废料，并志在将功能扩展到3D打印的支撑结构、不合格的零件以及由于多次循环使用产生的不合格粉末。其目标是使用供应链中100％的3D打印材料，为增材制造应用端提供一种新的方式来管理项目成本和控制供应链，同时还可以促进增材制造向循环经济发展。 促进增材制造向循环经济发展 据6K CEO介绍，气雾化法至少有50％的成本来自粉末的产量损失，而微波等离子体工艺的制粉效率高达90-95％。该工艺能够非常精确地控制金属熔化成液滴的环境条件，通过调整时间、温度和流量大小，可以产生大量近乎完美的球形金属颗粒。 微波等离子体的制粉工艺原理 制粉原料的低成本及极高的制粉效率，导致了粉末成本的下降。进一步的，这种效益又蔓延至应用端，用户的使用成本也因此而降低，由于浪费造成的损失也得以降低。粉末成本，影响了整个生产周期的成本。 ▌可用于SLM、EBM、粘结剂喷射等3D打印工艺 上月，6K Additive推出了其采用微波等离子工艺和机加工废料为原料生产的高级In718镍基高温合金粉末，同时，基于该工艺6K公司还推出有钨、钼、17-4PH不锈钢、IN625以及TC4等粉末产品。除此之外，6K公司还在开发3D打印用非共晶合金粉末，如高熵合金、特种铝合金等。 6k微波等离子体工艺已生产的粉末 据介绍，由于微波等离子体的高度均匀性，该工艺生产的粉末具有高球形度、零孔隙率，高流动性和振实密度，并且消除了卫星粉。通过金属回收策略，6K将粉末分级为不同的制造工艺用粉，如SLM、EBM、粘结剂喷射、激光粉末沉积以及粉末冶金等工艺。其接近100％的细粉收得率是气雾化工艺的3-4倍。 使用Onyx In718打印的火箭喷嘴 在材料性能方面，美国领先的增材制造研究和先进制造解决方案提供商Castheon介绍，使用6K的In718粉末获得的材料强度和延伸率比此前都要高，热处理后可以获得各向同性的晶粒结构和性能。 Castheon使用Onyx In718打印的涡轮叶片 END 目前，6K Additive团队每年可以在航空航天、医疗和汽车行业回收和销售超过500吨的Ti-64，这为该公司提供了大量的工程原料。 回到话题本身，用于金属增材制造材料的匮乏是批量生产的重要限制因素，这是一个恶性循环：需求放缓意味着更少的材料开发，进而导致应用受限。虽然发展缓慢的原因很多，但成本一直备受诟病。6K所提供的3D打印废料再利用方案，不仅仅防止了材料浪费，降低了企业成本，更在于真正将金属打印打造成为循环经济。 本期上传内容：6K公司工艺与产品详解PDF 往期上传内容：粉体特性及杂质对打印质量的影响，粉末循环使用的寿命问题、航天用高品质粉末、材料形态对制件性能的影响等 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.3D打印金属粉末成型工艺 2.粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 3.粉末一致性对3D打印的意义 4.粉末粒度分布和微量元素差异造成的金属3D打印质量问题

当前，增材制造已成为材料制备科学和先进制造技术学科领域国际前沿研究和竞争热点之一，也是企业实现数字化制造期待实现的首选制造技术。它改变了产品的制造方式，得到了多领域制造业巨头的青睐。本期，我们来看西门子如何使用这一技术，并介绍其端到端的增材制造解决方案。 制造行业对工业新技术的需求 ▌西门子端到端的增材制造解决方案 目前市面上的增材制造功能软件功能单一，只注重3D打印的制造输出部分，缺乏面向增材制造特点的设计、仿真和流程管理，众多客户只能选择很多不同厂家的软件拼凑在一起，这种多个软件的来回繁琐操作会带来数据转换丢失，流程和数据管理困难，无法实现仿真拓扑优化快速实时修改设计的闭环，生产效率无法提高，大大制约了增材制造的大规模工业化应用。 增材制造产业化的现状 一个完整的增材制造平台已经成为工业领域普及增材制造技术的关键。西门子公司把软件和机床系统解决方案同增材制造进行集成，已经为增材制造开发了一个端到端的设计建造开发平台，涵盖从概念、设计、制造到车间操作及自动化的所有过程。在西门子提供的增材制造系统平台中具备传统三维CADCAECAM能力，同时推出了拓扑优化设计、针对多种3D打印方式的工艺辅助设计准备、输出、校验，增材制造设备连接处理器等崭新专业功能。 西门子完整的一体化增材制造系统平台，通过重塑设计、重组制造、重构业务，着力于实现增材制造的工业应用。 西门子增材制造端到端解决方案 ▌面向增材制造的创成式设计 西门子采用创成式设计技术，可以从产品设计开始就将性能需求纳入考虑，生成可以满足所有性能需求的最优轻量有机形状，在设计零件的几何图形和拓扑时提供不受限制的自由度。新的创成式设计技术可以减少重量和材料，甚至具有性能优势。 对传统设计零件进行重塑的工作流 拓扑优化技术-西门子的拓扑优化包括面向设计师直接集成于NX CAD的Topology Optimization for Designers和面向分析师的Simcenter Nastran Topology Optimization，两者都提供在特定的设计空间生成满足各种产品性能、材料和制造需求的创新性结构，通常所产生的结构形状更适合于增材制造技术。 西门子面向设计师和分析师的拓扑优化技术 收敛建模™技术：对于工程师而言，这一创新技术大大简化了由小面体、曲面和实体组成的几何图形的处理过程。这个创成式设计方法可以帮助工程师优化用于 3D 打印的零件的设计，并且加快整个过程。 从扫描到打印-通过使用收敛建模技术，用户可以立即开始用扫描的数据来设计产品。通过将收敛建模与直接由 NX 提供的 3D 打印制造零件的能力结合起来，简化了增材制造过程。这个新的“扫描 -编辑 - 打印”工作流支持 3D 制造格式（3MF）和微软的 3D 打印功能。 收敛建模实现了“扫描到打印”工作流 晶格设计：集成的晶格结构设计，使用晶格命令可创建轻量级结构收敛体，这些收敛体可以使用增材制造技术生产。您可以选择多个不同单元格类型，并指定单元边长度和杆径。还可以指定晶格的放置和方位等。 NX晶格设计 3D打印设计规则：验证用于 3D 打印的设计是整个过程中的一个关键步骤。NX 提供了用于检查下列内容的验证工具： •可以规定最小壁厚，确保零件的可打印性 •可以用悬垂角度来识别在打印时需要支撑的零件区域 •可以识别全封闭体积，确保对这些区域可进行高效的打印后处理 •可打印体积能够快速计算零件是否与打印机打印体积匹配 这些验证工具可以帮助进行数据准备，确保设计零件的可打印性。 拓扑优化考虑基于增材制造工艺的产品设计规则，以确保产品的可制造性。 基于增材制造工艺的产品设计规则 ▌面向增材制造的性能及工艺仿真 仿真工程师能够用 Simcenter™ 产品组合进行增材制造产品的性能仿真，以确保产生的结果满足所有必要的性能标准。工程团队可以用 Simcenter™ 产品组合满足结构强度、热、流体动力学、振动噪声、电磁、多体动力学、疲劳等各种性能要求。 基于增材制造设计的产品性能验证和优化迭代 Atlas 3D面向设计师的增材制造工艺仿真： 3D 打印的高失败率是企业利用增材制造实现批量生产需要面对的关键挑战之一。零件通常需要经历多次设计和分析迭代，才能确定最优构型取向和优化的支撑结构。通常，结构设计师无法胜任同时考虑零件设计的优化、结构变形和散热均匀性的多学科综合分析，于是解决这些问题的重担便落到了工程专家的肩上。 西门子近期完成了对Atlas 3D, Inc. 公司收购协议的签署。Atlas 3D 公司的 Sunata™软件通过为前端设计师提供一种简单快捷的自动化方法，使其能够更接近“首次即正确”的创成式设计，从而解决这一问题。 • Atlas 3D 可帮助设计师确定最优零件制作方向，实现3D 打印“首次即正确”。 • 基于云的 GPU 加速…

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。 聚合物是最常用的3D打印材料就市场份额而言，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。 复合纤维打印机具有双料盘：左树脂右纤维 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。 3D打印的高强度石墨烯，比不锈钢高10倍，密度仅为5%，结构是关键▌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。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：1.先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来 2.FDM 3D打印技术如何助力汽车行业应用 3.五大鞋类领导品牌使用3D打印引领鞋业制造的未来 4.TOP：10种最具创新性的3D打印医疗植入体

随着3D打印在制造领域的普及，很多企业已经开始使用外发服务或内部购买设备来开启3D打印应用。然而在当前情况下，终端用户3D打印设备的开机率或使用率仍然偏低，3D打印所制造的零件成本较高，且以传统零件居多。如何遴选适合3D打印的零件，让产品创造更高的价值，成为传统企业使用新技术无法绕过的问题。本期，笔者将从三个维度分析3D打印对零件的应用性和发展性。 ▌为什么3D打印机用不起来？ 用户在购买设备的时候往往有很大的期许，销售商会宣称这台设备可以打印手板、夹具、甚至功能产品，其展示的PPT和国外案例也非常高端。然而现实是，用户把设备买回之后用起来或用的好的却不多，其主要原因有以下几个方面： 1. 应用受限 目前，3D打印虽然在航空航天、汽车、医疗等领域获得了很大的发展，但这些行业往往存在相当大的壁垒，绝大部分用户无法进入这些领域。普通用户的大部分3D打印应用仍集中在手板行业，而手板的实际需求量以及已经存在的较多的服务商，使得服务利润微薄，设备投资商靠量回本变得困难。 2. 只看表面成本，忽视其他利好 这涉及到对3D打印价值的认同度，如果将其视为与传统加工一样，用于制作传统零件，3D打印所使用的材料和工艺形式天然的导致其制造成本高昂。实际上，3D打印应该去做传统加工手段无法做到的事情。使用3D打印制造零件仅是最初级的意义，用户还需要利用其快速制造和复杂制造的特点提高研发速度，更快的占有市场，同时利用它去优化供应链；如果从业者把设计和创新思维融合进去，3D打印所制造的零件将会有更高的附加值。但很多的用户目前仅关注到材料成本很贵、维护麻烦、用不起，看不到后续价值。 3D打印产品的增值空间 3. 不知如何扩展应用 在很长一段时间内，用户购买设备的初心往往是采用一种新技术来制造传统零件，如开发新产品，快速占领市场，或者单纯的做3D打印服务。对产品持续创新能力的缺失，使3D打印应用一直停留在低端制造；而服务商通过拼价格的方式争取客户，经营也面临困境。实际上这都是不知如何扩展应用的表现。 以上几种情况都是笔者根据从业经验所看到的现象，这些原因都影响了内部3D打印机的使用率，而且还有可能是内部的3D打印机满足不了自己的全部需求，如买了塑胶的机器就打印不了金属等等。但无论是持有设备还是外发抑或是组合方案，对于想在自身业务上发展3D打印应用的公司来说都存在着一个困惑，即缺少一套有效的方法来最大化地使用3D打印，缺乏提高产品价值的能力。 哪些零件适合使用3D打印 接下来笔者将阐述EOS在遴选适合3D打印零件和提高产品价值方面的方法策略，希望能帮助到读者快速地评估自家业务的产品，匹配3D打印应用。 ▌零件的筛选要评估技术和经济适用性 技术适用性要明确3个问题： ●零件的尺寸是否符合设备的成型尺寸？ ●3D打印的材料是否跟零件的原有材料接近或相同？某些低强度要求的金属零件是否可以“以塑代钢”？ ● 3D打印是否能满足零件的性能要求？包括机械强度，表面粗糙度，尺寸精度和使用环境或者认证（如航空、医疗）等。 判断3D打印的零件能否满足性能要求 经济的适用性，也须明确3个问题： ●零件是否足够复杂使得3D打印的成本小于传统工艺 ●3D打印的单件成本跟传统工艺对比差多少？ ●3D打印使得零件可产生哪些增值效果？ 3D打印对于形状复杂而小批量的零件更具优势 3D打印的单件成本应该通盘考虑，包括设计优化和前处理的人工成本，设备的分摊和材料成本，后处理的设备分摊和人工成本，客户的订单量以及达到零件要求的后加工成本等。 3D打印的单件成本受到以上不同因素的影响 实际上很多时候我们计算出来的3D打印成本比传统加工高，是否采用3D打印进行生产就要计算增值效益能否抵过超出来的成本。可以叠加产品经过创新后获得的利润和效率收益以及运营效率提升后获得的经济和时间收益，计算整体的净收益然后比对溢出的3D打印成本。 ▌如何判断3D打印产品的增值效益 一是创新性，主要体现在新的设计、轻量化、定制化和多部件合并。 在模具制造领域，注塑模具的随形冷却系统完全是因为3D打印而诞生的新产品设计；在汽车和航空航天领域，特斯拉的金属打印车门支架和宝马I8通过MJF技术打印的车窗导轨以及航空航天工业的金属打印支架，均使用了拓扑优化使零件实现了轻量化；在医疗领域，根据踝关节损伤的病人个体特点定制的足部矫形器，使用3D打印获得了个性化、轻便且透气的功能，增加了佩戴的舒适性；而在航空发动机和燃气轮机制造领域，多部件合并一体化设计，增强了原来组装体的结构稳定性还减少了紧固件的成本和组装工时。这些都是通过产品创新实现的增值。 3D打印产品的创新性体现 二是运营效率提升，主要体现在：制造周期缩短、装配步骤减少、轻资产化和库存减少。 3D打印快在直接制造产品，减少了需求申请、外发等待时间和物流时间等中间环节，真正做到有需求马上能按时按量及时生产；通过多零件合并的部件，可以减少组装工序，从而减少相对应的产线成本，并使效率提升；相比传统的注塑成型，3D打印不需要模具且可以一次性加工不同设计的产品，从而对资产的投入仅是一台3D打印设备而已，减轻了资产负担；而3D打印快速生产的特点，可大幅地降低库存甚至做到零库存，也可减少大量成本。 3D打印带来运营成本的降低 ▌如何量化3D打印产品增值效益 采用一个简单快速的评估表即可检验零件是否适合应用3D打印。我们以一个机械设备操纵杆的案例进行说明。首先根据填写技术和经济适用性等级表格，得出指标等级。 通过表格评估技术和经济适用性 接下来是采用九宫格评估表格得出是否有必要采用3D打印制造，或是需要通过二次开发获取增值效益，后者需要探究轻量化、部件整合以及面向增材制造者的设计等优化策略。 通过九宫格快速评估零件 以上内容就完成了“零件的筛选”阶段。而如果零件需要进行二次开发，则这一流程将进入第二阶段，即通过面向增材制造的设计来优化产品和发展应用，并评估这些零件的业务量。如果零件的需求达到一定的程度，那么可进入第三阶段，即量产阶段。 END 对以上主要内容进行总结，可以得出EOS采用“三部走”的策略来发展3D打印应用，首先是筛选出合适的零件；第二步是针对某些适用性在临界点的零件进行优化，扩大应用量；第三步是利用杠杆加大3D打印零件的产量。这是从三个维度分析3D打印对零件的应用性和发展性，更详细内容将以PPT展现，欢迎进入QQ群下载。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.2019年度3D打印市场发展关键词：增长与活力 2.3D打印产业链：正在由导入期迈入成长期，行业整体毛利率较高 3.专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 4.当前工业企业对于增材制造的五大误解

12月10日，中国工程院战略咨询中心、科睿唯安以及高等教育出版社在中国工程院联合发布《全球工程前沿2019》报告。 报告围绕机械与运载工程、信息与电子工程、化工冶金与材料工程、能源与矿业工程、土木水利与建筑工程、环境与轻纺工程、农业、医药卫生、工程管理9个领域，遴选出年度全球工程研究前沿93项和全球工程开发前沿94项。3D打印技术参考统计发现，3D打印技术覆盖七大领域，11项工程直接相关，不少于7项工程涉及3D打印。 ▌机械与运载工程 机械与运载工程领域所研判的Top10工程研究热点和Top10工程开发前沿中新兴前沿与传统工程科技并驾齐驱，智能化、绿色化、微型化成为发展趋势，3D打印的制造形式恰好复合这一发展目标。 工程研究前沿 工程开发前沿 基于工业物联网的智能制造 临近空间高超声速飞行器推进系统 高能固态锂电池 基于深度学习的人机智能交互系统 超声速流中的减阻减热研究 基于3D打印的生物组织再生技术 多机器人系统的协同控制 高效燃气涡轮发动机设计与制造技术 高性能微纳生物传感器 面向无人驾驶的视觉传感与识别 车联网信息安全与隐私保护 波浪能发电与能量收集 基于拓扑优化和增材制造的设计与制造一体化 反小型无人机系统 空间机器人自适应目标捕获控制 新型高效氢燃料电池 基于可再生能源/燃料电池的混合动力系统 船舶电力推进系统 智能电网的资源调度和风险评估 飞行器电磁隐身超材料开发与应用 ▌信息与电子工程 需求牵引成为信息与电子工程的主要驱动力，工程前沿也在应用场景中不断得以强化，同时大数据、人工智能引发的安全和治理问题也日益受到关注。与此同时，该技术的发展也为增材制造深入发展、智能控制提供了契机。 工程研究前沿 工程开发前沿 类脑智能 毫米波高速通信技术 天地一体化组网 超精密仪器技术及智能化 脑成像技术 图像视频分析识别系统与技术 感知、通信、计算、控制协同融合理论与方法 基于微纳电子技术的传感器开发 混合增强智能 手术机器人技术 面向光互联、光计算及光传感的硅基集成光子器件 高能效人工智能芯片技术 面向5G的大规模天线无线传输理论与技术 基于石墨烯等纳米新材料的传感器单元及测量技术 人工微纳结构对光及电磁场的调控 柔性可穿戴光电子器件应用技术 量子化精密计量/测量技术与相关理论 物联网安全检测技术 新一代神经网络及其应用 基于合成孔径雷达的图像处理、目标识别以及特征学习 ▌化工、冶金与材料工程 化工、冶金与材料工程领域组的Top11工程研究前沿和Top12工程开发前沿中呈现出与信息、生物等多学科融合趋势。其中，高性能金属材料、难熔材料以及先进陶瓷，也是3D打印材料业已发展的趋势，它们在航空航天、军工等领域具有重要的应用潜力。 工程研究前沿 工程开发前沿 可再生能源系统 人工智能与化工过程深度结合 高温合金 高分子材料的生物基替代 材料生命周期工程 军用难熔金属材料 人工智能设计催化剂 微反应系统开发 航天航空用高性能C/C复合材料 可穿戴柔性电子器件 膜生物反应器及膜污染防控技术 煤转化制化学品 生物质催化转化 计算机辅助的材料“靶向”功能设计 化学生物技术 极端服役环境下性能与服役行为检测与表征技术 多孔有机材料在CO2捕集中的应用 生物质炼制化学品及材料 高性能分离净化吸附-催化材料开发 国防重大需求先进结构功能一体化陶瓷材料关键制备技术 化学固氮 智能仿生自修复涂层技术…

就国内来说，目前最大的3D打印展览应属每年2月份的上海TCT展，不仅国内的主要从业者会参与其中，更是能够吸引国际化大品牌。从国际范围来看，法兰克福Formnext则可以囊括欧美绝大多数的3D打印从业者，同时逐渐吸引亚洲展商的参加，尤其今年更是有超过80家的国内企业参与。展览规模的变化最能体现一个行业的发展情况。本期，我们来看2019年度3D打印市场的发展特点。 ▌从场馆数量和参展人数看市场变化 2018年上海TCT展只有一个场馆，参展商约200家，独立参观人数约9000人；2019年场馆增加至两个，参展商285家，独立参观人数10320。 今年Formnext参展商超过850家，参与人数达34500名，使用4个展厅；去年的数据分别是632家企业，27000名参与人员，两个展厅。 2019年TCT亚洲3D打印展官方数据 展馆数量的增多也代表着展商数量以及整体市场规模的增长，参与到这个行业的人数也呈现大规模的增长趋势。虽然这并不能代表3D打印正处于爆发的阶段，但现在确实是最适宜进入市场的阶段。所谓大浪淘沙，市场已经荡涤了投机者，留下来的是真正做事情的人。全球3D打印总市值正以21%的年均增速快速增长，中国则以40%的年化增长率领先其他国家。 全球3D打印逐年市值（来源：Wohlers Reports 2019） 然而，我们却也不得不承认3D打印的整体市场规模仍然极其微小。举个例子来讲，2019年上海TCT几乎同期展会的家用电器展览会使用了10个展馆，仅海尔、美的这样的企业就单独包下了一整个馆，2020年该展览将使用13个场馆。家电行业已经存在几十年，虽不可同日而语，却能说明问题。 但增材制造的未来却仍然值得期待，经历了市场的浮躁和沉寂，参与者重新充满活力，市场正在朝着积极的方向发展，健康式的发展方式使市场规模以两年左右的时间增长一倍，这种趋势在很长的时间内将会保持下去。 ▌增材制造行业正在沿着两条不同的道路发展 增材制造行业正在沿着两条不同的道路发展。一种是逐步销售越来越多的设备，用户充分使用打印机生产越来越多的零件。另一种是吸引更多的资本，投资者相信这些资本最终将产生指数级的回报。这两种方式都有潜力和局限性。 第一种方式主要由传统的市场领导者采用。像EOS、Stratasys、3D Systems、SLM Solutions和GE Additive这样的公司实际上正在销售越来越多的设备。即使在2013年炒作泡沫过后的最艰难时期，它们仍然以每年10-20％的速度增长，并且仍然是销量最高的企业。这些公司通常更具“类比性”并沿用传统的业务方式，不可能实现指数式增长。 SLM Solutions新系统量产的Divergent汽车零件 一些如EOS和GE这样的公司，甚至已经建立了新的管理层来迅速适应新的数字制造行业，但是这种过渡需要时间。EOS显然已经加快了其硬件开发的步伐，而GE首先彻底更新了Concept Laser和Arcam的生产设备，以使其能够完全满足数字制造的需求。另一家已经开始超越传统公司的企业是ExOne，它正在凭借20年的业内经验应对粘结剂喷射领域日益激烈的竞争。但有时候也不得不面对现实，经验也许并足以与那些资金雄厚、数字化程度更高的新参与者产生竞争。 ExOne最新设备批量生产的3D打印金属零件 由HP、Desktop Metal和Carbon为代表的新一代市场领导者（至少在投资方面，也包括Formlabs）正在获得广泛认可和期待。这些公司主要起源于美国，通过吸引投资而获得发展，并致力于将增材制造作为可扩展的生产解决方案进行产业化。这些公司的将销售数百上千台打印机作为目标，不论其价格是否昂贵，这是在未来几年中增材制造行业保持当前速度增长所需要的。除上述公司之外，诸如波兰Sinterit、以色列Xjet，中国清锋时代、黑格科技以及其他几家初创公司，在设备销售和新应用方面也取得了显著进步。 Desktop Metal生产的功能性部件 实际上现阶段工业3D打印机的销售量远非达到成千上万，大多数情况下企业每年只能销售几十台。以老牌的3D打印厂商EOS为例，截止2017年底，全球范围内EOS系统的安装量增至约3000套，而这是在过去的三十年内完成的数量（头20年卖出1000套，1400套都是在过去的五到六年间销售出去的）。而大多数传统增材制造企业在全球最多安装了1000-2000台打印机，一些后来者很可能会在明年达到这些数字。在这一点上，变得更加数字化和扩大规模将是必要的，并非所有企业都能在竞争中生存下来，尽管这对于具体公司来说可能很痛苦，但这对整个增材制造行业的来说将是大势所趋，整个行业将继续高速增长。实际上，任何一家拥有独到技术的增材制造公司都不太可能倒闭，随着行业最终走向整合，弱小公司的专有技术最终可能被收购。像施乐、巴斯夫和理光这样的大型公司都在等待合适的时机，以将更多的增材制造技术纳入自己的阵营。 ▌新产品和新技术不断涌现，公司发展形势发生改变 增材制造整个行业较几年前表现出欣欣向荣的景象，新产品和新技术不断涌现，这也是今年上海TCT和Formnext参展商数量大幅增加的原因。新的收购和合并还需要等待时机，现在还不是时候。 陶瓷和复合材料正接近真正的自动化生产，在细分市场中竞争非常激烈，一些新的参与者作为初创企业和子公司正在进入市场。先进聚合物3D打印工艺已经趋于成熟，无论国外的Roboze、3ntr，还是国内上海远铸和一迈智能，数十家公司在向传统高性能聚合物增材制造的领导者Stratasys发起挑战。PEEK未来也可能会成为SLS的普遍适用材料，但目前看来还要等待很长时间。 3D打印的高性能聚合物PEI（点击查看） 在金属方面，近两年相关企业正在努力突破技术的固有限制，例如适用铜、钨等更加广泛的难成形材料，开发高强合金材料，以及突破打印的极限条件等。这在某种程度上也是工业成熟的标志，它意味着在应用端有了更高的需求。 到目前，相关的收购和合并没有发生。实际上大型跨国公司也都清楚，一旦将一些初创公司纳入内部体系，将会阻碍这些公司的创新动力。但如果将大公司的实力与小公司的创造力相结合将会有更好的效果，例如EOS生态系统（参与投资Dye Mansion，Lithoz和其他几家高度创新的公司），西门子增材制造网络，欧瑞康持续推动的多边合作以及如宝马、福特、GE等应用端投资Carbon、Desktop Metal等初创企业等。另一方面，一些传统行业的大型公司也通过建立并支持内部类似初创企业的环境，进行二次创新，如台湾Kymco旗下的XYZ prinitng（彩色3D打印），以及日本Sinto旗下的3D Ceram（陶瓷打印）。 ▌传统行业逐步将增材制造纳入原有体系 当前，传统特定垂直行业的增材制造公司日益成为行业内不可或缺的组成部分，这些公司植根应用，并深入发展，其中牙科最具代表性，机床行业则是未来趋势。直至今天，增材制造技术在机床展上的份额还很小，但是，增材制造行业的快速增长和机床产业的缓慢发展表明，更多公司将增材制造视为关键领域。DMG Mori开发的增减材混合制造设备已经在航空航天领域获得应用，Trumpf的内部换缸外部清粉理念也已被增材制造业内的传统公司所效仿。 DMGMori增减材混合制造（点击查看） 继机床行业之后，航空航天业也可能会更深入的融入增材制造行业，航空航天工程的服务提供商已经证明其增材制造解决方案如何解决汽车、石油和天然气等其他领域的问题，未来的航空航天增材制造解决方案只会越来越多，越来越成熟。 3D打印的火箭纯铜燃烧室（点击查看） 医学和生物打印也正在快速发展，尤其在2019年，采用3D打印深入医疗应用逐渐深化，标准逐渐明晰。生物打印也取得了极大的发展，像会生长的3D打印骨骼、会跳动的心脏以及会呼吸的肺等等，此前的想象正在变为现实。到目前为止，我们尚未看到有生物医疗领域的企业参加展览，未来一些医疗设备公司也许会更直接的参与进来。 3D打印的可呼吸肺泡组织（点击查看） 建筑3D打印无论是由于某些噱头还是安全风险的考虑似乎一直以来难以被更广泛的认可，但国内方面今年的发展却是可圈可点。由中建股份技术中心和中建二局华南公司联合完成的一栋7.2米高的双层办公楼主体结构打印，标志着原位3D打印技术在建筑领域取得突破性进展。 ▌3D打印业务实现增长的良性循环 3D打印设备商实现业务的增长，比较良性的循环应当是终端用户能够使用3D打印进行实际生产，并在零件数量上不断增长，过去国内那种依赖产业园建设的模式将逐渐会被淘汰。2017年，采用惠普MJF技术3D打印的功能部件达150万个，2018年实现设备销量的大幅增长，仅中国的装机量就已达50台。今年四月，惠普发布公告称，其采用MJF技术打印的零部件总量已超过1000 万个，其中50%是功能原型，另外50%是最终产品。 另一项不可忽视的市场存在是目前越来越被重视的增材制造专用自动化后处理硬件和服务提供商。像德国某公司开发的自动化金属粉末清粉站、塑料粉末拆箱站，国内某公司开发的专业去应力退火炉等等，这些专业自动化后处理硬件的接入将减少终端用户在使用3D打印进行生产时面临的困难与低效。 SLM自动清粉站 此外，没有自动化的后处理，就没有自动化的3D打印，像EOS“NextGenAM”的新一代增材制造试验性生产线项目，西门子端对端PLM解决方案，它们都在软件、工作流程和数据管理方面成为3D打印智能制造的重要组成部分。当前规模量级的零件制造需要人的参与，未来上百万的零件制造将完全实现自动化。 END 在当前展会经济的背景下，展会规模及参与人数最能体现一个市场的繁荣情况。在明年2-3月期间，从上海到广州，有多达三次3D打印相关的展会，分别涉及综合性的行业主题和该技术在某一领域深入应用。这从侧面证明了国内增材制造技术体现出的活力，以及与传统技术结合的潜力。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.2019年度工业级3D打印机新品及介绍 2.专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 3.3D打印产业链：正在由导入期迈入成长期，行业整体毛利率较高 4.当前工业企业对于增材制造的五大误解 5.业外视角：成本高企之下，3D打印静待行业规模化曙光

2019年3D打印最新产品几百上千，甚至更多，我们无法一一介绍，对绝大多数的品牌我们更是不熟知。本文仅能涉及国际范围内行业人员熟知且较为认可的工业级企业，展示其2019年的最新产品，这些产品的工艺类型包括FDM、SLA、SLM、材料喷射技术以及喷墨成型技术等，所能成型的材料不仅包括高性能的丝材、树脂和金属粉末，还包括陶瓷和连续纤维。文末，我们也会对本届formnext展会的新品进行介绍。Carbon推出大容量L1 3D打印机，35万美元/年，租期三年2月，Carbon宣布推出新的L1 3D打印机，该设备基于Carbon专有的CLIP数字光合成技术，成型尺寸是M1的10倍，M2（189mm x 118mm x 326mm）的5倍，能够同时生产更多部件，用于大批量生产。目前已被adidas、Ridell和Dentsply Sirona等运动品牌和牙科客户采用。11月Formnext展会，Carbon公布该打印机以每年35万美元的价格出租，订购期限为三年。Formlabs新推Form3、3B、3L，Form2停产4月，Formlabs推出了两款新型3D打印机：Form 3和Form 3L，这两款新设备采用了一种称之为低强度立体光刻技术的新工艺，使用定制设计的激光和反射镜系统以及易剥离树脂槽，能够成型高精度各向同性部件。Formlabs不满足于低端桌面机的现状，通过技术改进和材料方案升级进入专业应用领域，包括教育类用户、产品设计研发需求甚至是小批量制造，去挑战几十万甚至上百万级打印机的功能需求。目前，Form 3售价为39999元，3L的售价暂未公布。此前的Form2停产，市场售价由38999元降至33999元。本月，Formlabs推出Form3B，以提高牙科领域的使用率。惠普发布量产化工业3D打印机5200系列，丰富产品组合5月，惠普发布新型工业级3D打印机HP Jet Fusion 5200系列，该设备是符合大规模制造的量产化工业级3D打印机，在为客户带来更出色经济性的同时，也将进一步提升打印性能和部件质量。与新机同时发布的还有由巴斯夫研发的用于汽车和消费品新材料TPU，惠普新解决方案扩展了其业界领先的3D打印产品组合。LITHOZ推出新型连续批量陶瓷3D打印机CERAFAB SYSTEM S656月，全球顶尖的陶瓷3D打印机生产商奥地利Lithoz公司，推出了促进高性能陶瓷和可吸收生物陶瓷工业化生产的新型解决方案—CeraFab System S65。其采用联级系统，可集成4个生产单元，能够大幅提高生产速度，同时具备更高的精度和可靠性。Lithoz的陶瓷产品表面粗糙度可达0.4-0.6 μm，致密度高达99.4%以上，产品物理化学性能与传统工艺产品相当。目前，Lithoz可打印氧化铝、氧化锆、磷酸三钙、氮化硅、硅基材料、金属陶瓷等20余种材料。Ultimaker新推S3、S5 Pro Bundle，为办公室生产带来工业动力9月， Ultimaker推出了其S-line产品系列中的最新款Ultimaker S3和S5 Pro Bundle，这两款产品的推出，使该公司能够继续在创新性、可靠性和经济性方面引领桌面3D打印市场，同时为办公室带来工业生产动力。S3可以使用任意一种2.85毫米耗材进行打印，如PLA、ABS、Nylon、第三方材料和研磨性材料。S5 Pro Bundle 则集成了空滤系统和储料仓，它们之间可以相互无缝集成，实现全天候无人值守，并显著改善3D打印工作流程、提高工作效率，同时缩短管理和监控打印机的时间。S3的国内售价目前为5万人民币，S5则为10.8万人民币。Stratasys推出第一款工业级SLA打印机，更新Polyjet技术至J850，10月，Stratasys推出全新的彩色3D打印解决方案Stratasys J850，与上一代J750相比，新打印机能够以两倍的速度和“显著降低的成本”进行3D打印。它具有J系列的全彩色3D打印功能，是Stratasys“专为设计人员设计的”3D打印机，可应用于玩具、消费品、消费电子产品和汽车产品开发等。在此前的四月，这家以工业级FDM和Polyjet技术著称的公司，推出了其首款工业级SLA打印机V650 Flex，其成型尺寸达50.8 x 50.8 x 58.4cm，该公司正式进入工业级SLA领域。Desktop Metal推出新型连续纤维3D打印机11月，金属3D打印独角兽企业Desktop Metal令人意外的推出了连续纤维3D打印机，其采用自动纤维入位技术进行复合材料打印，以此制造高精度、高强度和高刚度零件。此外，Desktop Metal只为这款机型提供租赁服务，价格以打印机版本不同分为3495美元和5495美元两款。新打印机的上市，代表着Desktop Metal从金属3D打印领域开始进入复合材料3D打印市场。ExOne推出迄今为止最大的金属粘结剂喷射3D打印机11月，粘结剂喷射3D打印技术的领导者ExOne推出了其最新的金属3D打印机X1 160PRO。与Desktop Metal公司的Production系列最大的成型尺寸750 x 330 x 250 mm，惠普公司430 x 320 x 200mm相比，X1 160PRO凭借800 x 500 x 400 mm的成型尺寸使其成为迄今为止最大的金属粘结剂喷射3D打印机，从而为实现高产量生产带来更强劲动力。Formnext展会新机发布Desktop Metal推出金属粘结剂喷射成型系统Shop System，售价15万美元。GE推出具有更高生产率的新型Spectra L EBM打印机以及新的Concept Laser M2 Series5。Spectra L EBM打印机成型尺寸为Ø350x430mm，具有自动粉末回收站以及用于打印分析和机器运行状况的新软件套件。Concept Laser M2 Series 5是M2系统的最新一代，其集成的功能可提高零件质量和一致性，提高生产率，并增强了可用性和可维护性。华曙高科发布采用圆缸型设计的金属增材制造系统FS301M，据称，该打印机可实现在惰性气体保护下完成粉末添加，其能达到的材料数据具有增材制造航空行业顶级水平。3D Systems 2019年无新机发布。闪铸科技推出全新FDM工业级3D打印机BlackSmith406，针对企业原型设计和工装制作，成型尺寸为406*355*406mm，可打印多种工程塑料，能够为流水线生产提供高柔性和低成本的工装应用解决方案。国内企业多较为低调，即便有新机研发或上市也多未公布，因此难以统计2019年度的最新产品。在本届Formnext展会期间，国内铂力特、联泰、上海复志、上海远铸、广东汉邦、先临三维等企业均有参加，而且多有新技术展示。欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：全球最大一体式3D打印火箭燃烧室，获美空军150万美金资助哈佛：多材料多喷嘴，高频无缝切换3D打印系统实现功能器件制造GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化需受益于人工智能ExOne新型粘结剂喷射系统，可打印金属、陶瓷和复合材料评论：ExOne800x500x400mm金属粘结剂喷射系统，可打印金属、陶瓷和复合材料---广告--- 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：2019年度工业级3D打印机新品及介绍