3D 打印（第 1 部分）

第一部分：原材料

虽然增材制造（通常称为 3D 打印）已经存在近 40 年，但对许多人来说，它仍然觉得这项技术还处于起步阶段。 3D 打印技术在过去 10 年中的发展比过去 30 年更多，这使得它比以往任何时候都更适用于原型制作和小批量生产。随着制造商探索最新的创新以及它们如何加快生产流程，这些进步使增材制造成为公众关注的焦点。

根据 MarketsandMarkets 的研究，3D 打印材料市场预计将从 2016 年的 5.301 亿美元增长到 2021 年的超过 14 亿美元。这种增长在很大程度上可以归因于用于打印物体的材料选择的扩大。虽然 3D 打印机最初使用的塑料选择有限，但较新的机器可以使用更广泛的材料进行打印。

3D 打印材料市场面临的挑战

3D打印中使用的材料决定了打印过程的效率和最终产品的质量。然而，尽管增材制造发展迅速，但该技术必须克服众多挑战，才能成为传统制造和加工方法的可行替代方案。其中许多挑战与原材料直接相关，包括：

• 原材料成本

3D 打印无法从其他制造技术提供的规模经济中受益。增材制造仍然相对较慢，主要用于原型或非常小的生产运行，这意味着没有大的散装材料折扣。

• 材料范围有限

虽然在过去十年中，可用于 3D 打印项目的材料类型急剧增加，但选择范围仍然相当有限。目前，材料的选择受制于3D打印技术的约束和设计带来的任何限制。

• 原材料可用性

增材制造原材料仍然难以采购，尤其是在设计需要金属或陶瓷等稀有物质时。

随着上述市场增长的发生，这些问题应该在不久的将来得到解决。随着 3D 打印成为制造商更常用的方法，材料价格将成倍下降，选择范围将扩大，所有材料类型都将变得更容易获得。

3D 打印材料市场利益相关者

增材制造的成功增长将在很大程度上取决于原材料供应链的各个贡献者之间的合作。主要利益相关者包括：

• 材料供应商
• 打印机制造商
• 印刷服务局
• 最终用户

随着这些参与者中的每一个为市场带来新的创新，该技术将继续发展。供应链各环节之间的协作将使利益相关者能够引导技术的发展方向。

3D 打印材料的种类

3D 打印材料通常以细丝、粉末或液体的形式出现。使用的类型包括四大类：

• 塑料
  • 光聚合物 - 环氧树脂和混合物、丙烯酸酯、聚酰胺、丁腈橡胶
  • 塑料粉末 - PA、TPU、PEEK、PP、PS
  • 塑料长丝 - ABS、PLA、PC 和混合物、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、热塑性聚氨酯

• 陶瓷
  • 陶瓷粉

• 金属
  • 铝和合金
  • 不锈钢
  • 铬镍铁合金、钴铬合金、镍合金
  • 钛及合金
  • 其他

• 其他
  • 用粘合剂沙子
  • 感光树脂

光聚合物

光聚合物树脂在全球增材制造材料市场中占据领先份额，预计在可预见的未来将扩大其市场份额。光聚合物是用于 Polyjet 和 Stereolithography 3D 打印机的液态树脂，在紫外线的帮助下通过聚合过程硬化和固化，形成塑料部件和原型。光聚合物通常包含几种主要成分，包括粘合剂、单体和光引发剂。光引发剂是光聚合物的主要成分，可将光能转化为化学能。印刷光敏聚合物以制造医疗、军事和电子应用的部件。

塑料粉末

塑料粉末是另一种占据重要市场份额的 3D 打印材料。选择聚酰胺、聚醚醚酮 (PEEK) 和热塑性聚氨酯 (TPU) 等塑料粉末用于车辆的轻量化，以提高燃油效率并减少排放。

使用塑料粉末打印零件的主要工艺涉及沉积成型和激光烧结，通常具有快速的周转时间并且相对具有成本效益。这推动了对塑料粉末的需求，尤其是原型应用。

由于其合理的价格、易于加工和出色的光洁度，聚酰胺可能仍将是原型应用中最常用的材料。聚酰胺是专业3D打印公司最常用的3D打印材料之一。

TPU 适用于制造要求高弹性、耐热性和耐磨性以及高剪切强度的零件。 PEEK 是一种半结晶热塑性塑料，具有优异的机械和耐化学性，可在高温下保持不变。然而，由于价格昂贵，PEEK 仅限于最苛刻的应用。

塑料长丝

塑料长丝是用于熔融沉积建模 3D 打印机的热塑性原料。塑料长丝为零件提供了出色的强度，并且易于成型。在众多材料选择中，ABS 和 PLA 是迄今为止最常见的灯丝材料。耐水性和韧性是 ABS 的有利特性，使其成为打印功能部件的理想材料。 PLA 易于打印且可生物降解，是打印消费零件的流行材料选择。在最昂贵的材料之一中，蜡或 Moldlay 是一种用于打印熔模铸造图案的材料。在烤壳过程中会融化掉。

金属

金属通常用于打印工具和原型零件。由于良好的强度和耐用性，钢在汽车、工业、食品加工和医疗应用中被广泛采用。钢也是替代品中最经济的。 316L、17-4PH等不锈钢及马氏体时效钢合金是该类别中常见的材料。

用于 3D 工艺的其他金属包括铝、高价值的非钢材料，例如钛、铬镍铁合金和其他高强度合金。该细分市场中最常见的材料包括：

• 铝合金
• 钴铬合金
• 镍基合金
• 钛合金

增材制造的演变

市场预测可以让我们了解 3D 打印的未来，但掌握增材制造趋势的最佳方式是成为该技术的利益相关者。在鹰普，我们提供一系列制造服务，包括砂型铸造、熔模铸造和精密加工，我们致力于将自己打造成增材制造领域的热心参与者。

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