塑造 2019 年 3D 打印材料市场的 5 个趋势

在快速成熟的 3D 打印行业中，塑造材料市场的趋势是什么？

材料是支撑 3D 打印的三大关键支柱之一，此外还有硬件和软件。根据 Wohlers 2019 年报告，由于越来越多地使用 3D 打印进行批量生产，3D 打印材料细分市场在 2018 年经历了创纪录的增长。

在 2019 年，这种增长只会继续下去，并受到一系列趋势的支持，我们将在下面仔细研究这些趋势。

1.复合3D打印正在起飞

复合材料是 3D 打印材料的主要新兴机遇之一。 SmarTech 分析报告预测，未来五年全球复合材料 3D 打印市场将以 22.3% 的复合年增长率增长。这表明这是一个创造价值的机会——复合材料 3D 打印在整个复合材料制造市场中所占的份额并非微不足道。

在 3D 打印中，复合材料通常包括核心聚合物材料（如尼龙）和增强材料（如短切或连续纤维）。与非增强聚合物相比，复合材料具有更高的强度和刚度。在某些情况下，它甚至可以替代铝等金属。

这些增强的材料特性使复合材料成为航空航天、汽车、能源和石油天然气等一系列行业的工具和终端应用的抢手材料。

复合材料3D打印的终端应用

一个很好的例子是Shawcor。得益于复合 3D 打印，这家总部位于加拿大的全球能源服务公司节省了 160 万加元（约合 120 万美元）。

该公司需要一台定制机器来帮助转移大型胶带垫一个人一个人做很重。然而，该公司面临着双输的局面：要么花费太多时间和金钱使用传统方法构建定制机器，要么因为根本没有它而损失收入。

但是，使用 Markforged 的​​复合 3D 打印机，Shawcor 的团队已经能够创建零件来创建自定义装载机。在所有 53 个打印部件中，约有 50% 使用 Kevlar、HSHT 玻璃纤维或碳纤维进行了增强，用于替代铝和钣金部件。

Arevo 的复合 3D 打印自行车车架是该技术的另一个令人兴奋的应用。与传统制造的复合车架不同，Arevo 的自行车车架是作为单个零件打印的。由于其机器人复合 3D 技术，Arevo 能够在几天内生产出自行车车架，而传统方法则需要数月的开发时间。

诸如此类的应用展示了复合材料 3D 打印在很大程度上尚未开发的功能，以及该行业的巨大增长潜力。

材料开发

持续的材料开发有助于推动复合材料 3D 打印的发展。例如，复合 3D 打印先驱 Markforged 最近推出了首款阻燃复合材料 Onyx FR。

该材料是用碳纤维连续股线增强的尼龙。但另外，Onyx FR 是自熄的——这意味着它可以在几秒钟内停止燃烧。

Markforged 表示，Onyx FR 将在汽车、航空航天和国防工业中开辟更多 3D 打印用例，因为该材料符合更高的防火安全标准。

另一个开发来自Techmer PM。这家总部位于美国的材料制造商最近宣布开设一条新的高产能生产线，旨在生产碳纤维增强聚合物。这项投资尤其受到大幅面 3D 打印机制造商需求的刺激。

与此类似，阿科玛开设了一家生产 Kepstan PEKK 材料的工厂。观察到“对碳纤维增强复合材料和 3D 打印的强劲需求”，该公司已明确采取行动来支持它。

复合材料 3D 打印领域无疑有很多活动，将技术和与之相伴的材料推向了新的高度。

2.材料产量增加

3D 打印材料市场的另一个主要趋势是围绕业务扩张。越来越多的公司正在建立研发和材料生产设施，有助于进一步推动该技术的产业化。

例如，美国材料生产商Amastan Technologies上个月宣布收购AL Solutions，精炼钛材料生产商。后者将更名为 Amastan Additive，并成为 Amastan 尚未建成的 AM 金属粉末设施的一部分。

得益于 AL Solutions 的专有回收技术和 Amastan 基于等离子体的 UniMelt™ 技术，该公司现在处于有利地位，成为 AM 钛粉生产的主要参与者之一。

Jabil 是另一家推动 AM 材料开发的公司。在客户需求的推动下，这家全球制造服务公司于今年 1 月成立了一个独立的业务部门 Jabil Engineered Materials。

据该公司称，材料的有限选择一直是采用 3D 打印的重大障碍。为了克服这个问题，新部门将专注于开发、验证和将工业 3D 打印工程材料推向市场。

重要的是，捷普不仅会在内部使用新材料，还会将其提供给公开市场，让更多的公司可以从更广泛的材料选择中受益。到目前为止，该公司已经推出了 PETg、PETg ESD、TPU 90 A 和 TPU 90 A ESD，但计划在未来几个月内推出更多产品。

展望未来，我们预计其他行业参与者将开始提高其材料生产能力，以跟上需求。随着这一趋势的展开，它可能会给整个 3D 打印行业带来巨大的推动力。

3.开放材料是一个不断扩展的概念

尽管不断取得进展，但 3D 打印材料的开发仍然比人们预期的要慢。

实现材料多样化的一个障碍是许多 3D 可打印材料的专有性质。许多 3D 打印机制造商开发他们的机器以专门使用他们内部开发的材料。这限制了他们的客户使用第三方材料的机会。

专有材料模型通常会导致更高的材料价格和更慢的新材料配方创新步伐。

克服这些限制的一种可能解决方案是开放材料模型。该模型鼓励主要材料生产商与 3D 打印机制造商合作并为其系统开发新材料。

这种方法有两个主要优点。首先，它有助于扩大最终用户对材料的选择。其次，它加快了材料开发过程。

开放材料模型的最大成功案例之一是 Ultimaker 的材料联盟计划。该计划涉及材料制造商在特殊数据库中共享其材料的打印参数，Ultimaker 的客户可以访问该数据库。这背后的愿景是让客户能够在 Ultimaker 3D 打印机上可靠地使用第三方耗材。

该计划于 2018 年 4 月启动，目前已有 80 多家公司参与，其中包括巴斯夫、帝斯曼、阿科玛和捷普等巨头。

例如，阿科玛上个月将其基于 PVDF 的长丝（称为 FluorX）引入了该计划。该材料专为打印具有出色耐热性和耐化学性的高性能部件而设计。

多亏了 Ultimaker 的战略，其客户现在可以使用更多种类的具有特定特性的材料，例如抗冲击性和耐化学性、柔韧性、强度等。

其他公司也在采用开放材料模型：其中包括 HP、Origin 和 Prodways。甚至一直在内部开发材料的 Stratasys 也承认，该公司需要“与他人合作开发更多高性能材料”。

最终，我们将在未来几年内看到越来越多的公司采用该战略，从而推动更加动态的 3D 打印材料开发。

4.材料成本正在下降（缓慢）

3D打印材料的高成本一直是症结所在。一项研究表明，3D 打印材料的原材料成本可能比传统制造材料高出十倍之多。

当然，确切的成本取决于许多因素，例如 3D 打印工艺和生产过程中使用的材料。

例如，用于 SLA 3D 打印的树脂价格通常在标准树脂每升 50 美元和专业树脂每升 500 美元之间。然而，据一家树脂制造商称，这种树脂的成本可能低至每升 10-20 美元。

导致3D打印材料成本居高不下的原因有很多。一是整体材料出货量相对较低。

二是现有的3D打印材料大部分是专有的，需要用户直接从3D打印机制造商那里购买。这造成了 3D 打印材料市场的垄断，制造商提高了成本。

但是，有一些关键的发展可以帮助降低材料价格。一是越来越多地使用 3D 打印进行批量生产。随着 3D 打印生产量的增加，这应该会降低材料成本。

Carbon 就是一个例子。就在去年，这家 3D 打印机制造商将三种不同树脂的价格从 2016 年的每升 300 美元降至每升 50 美元。 Carbon 表示，降价的关键在于其 3D 打印机的大批量应用。

考虑到Carbon的例子，我们相信随着数量和客户范围的扩大，其他制造商也有可能走上类似的道路。

开放材料模型的兴起也有助于降低材料成本，因为它向更多材料供应商开放了市场。市场参与者越多，竞争就越激烈——这可能有助于降低价格。

5.全球化工公司越来越多地参与其中

在过去的一年里，许多大型化工公司都加入了 3D 打印的行列，见证了该行业的稳定增长。已经签署了无数合作伙伴关系，以及对新设施和材料发布的新投资。

例如，Stratasys 和索尔维在今年 5 月公布了联合材料路线图。该路线图将见证 Solvay 为 Stratasys 3D 打印机开发高性能材料，如 PEEK。由于此次合作，两家公司已经准备将基于索尔维 Radel 聚苯砜 (PPSU) 聚合物的 AM-ready 长丝商业化。

在投资方面，英国材料开发商威格斯计划向荷兰 3D 打印机和软件开发商 Bond 3D 投资数百万欧元。这笔巨额投资将有助于该公司加快 3D 打印 PAEK 和 PEEK 部件的上市进程。

此外，化工巨头巴斯夫已在 3D 打印行业签署了众多合作伙伴关系。最近的是 3D 打印初创公司 Impossible Objects。通过此次合作，巴斯夫将为 Impossible Objects 提供聚酰胺 6 材料。通过将其与 Impossible Objects 的新复合技术相结合，这些公司希望扩大生产应用范围，尤其是在汽车和工业领域。

这些例子展示了 3D 打印行业的强劲趋势：大型材料公司越来越重视将 3D 打印作为一种工业解决方案——这是该行业未来几年整体潜力的另一个指标。

走向繁荣的未来

材料市场仍然是 3D 打印行业的重要组成部分——正如我们所看到的，一些关键趋势正在帮助塑造市场的未来。

也许这个趋势将是最大的影响是材料开发活动的增加。在许多方面，这种活动的增加是由市场需求推动的，客户需要更多的材料，特别是对于生产应用。

为了利用这种不断增长的需求，化工公司正通过更大的研发、投资和合作伙伴关系继续加强其在市场上的地位。同样，机器制造商也致力于利用协作的力量。

随着材料选择的扩大和成本开始下降，这只能扩大 3D 打印的当前应用范围，进一步推动 3D 打印的发展。跨行业采用该技术。