瞻觀前沿

3D打印的“超材料”具有自然界或制造業(yè)中不常見的強(qiáng)度/重量水平，它可能會改變我們制造從醫(yī)療植入物到飛機(jī)或火箭部件等各種物品的方式打印?；始夷珷柋纠砉ご髮W(xué)(簡稱RMIT)的研究人員用普通的鈦合金創(chuàng)造了這種新的超材料，該術(shù)語用于描述具有自然界中未觀察到的獨(dú)特性能的人造材料。但正是該材料獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最近在《先進(jìn)材料》雜志上披露使它變得非常不常見：測試表明，它比航空航天應(yīng)用中使用的類似密度的下一個最強(qiáng)合金強(qiáng)50%。

通過將3D打印設(shè)計(jì)推向極限，RMIT團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了一種新型的晶格結(jié)構(gòu)，以更均勻地分布應(yīng)力，提高其強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)效率打印。RMIT的杰出教授Ma Qian說：“我們設(shè)計(jì)了一種中空的管狀晶格結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有一條細(xì)帶。這兩種元素結(jié)合在一起，展現(xiàn)出前所未有的力量和輕盈。通過有效地合并兩個互補(bǔ)的晶格結(jié)構(gòu)以均勻分布應(yīng)力，我們避免了應(yīng)力通常集中的弱點(diǎn)”。

該團(tuán)隊(duì)在RMIT先進(jìn)制造區(qū)使用激光粉末床融合工藝3D打印了該設(shè)計(jì)，即使用高功率激光束將金屬粉末層熔化到位打印。測試表明，打印的設(shè)計(jì)(鈦晶格立方體)比鑄造鎂合金WE54強(qiáng)50%，WE54是航空航天應(yīng)用中使用的類似密度的最強(qiáng)合金。新結(jié)構(gòu)有效地將集中在晶格臭名昭著的弱點(diǎn)上的應(yīng)力減半。雙晶格設(shè)計(jì)還意味著任何裂紋都會沿著結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)韌性。

研究主要作者、皇家墨爾本理工大學(xué)博士候選人喬丹·諾羅尼亞 (Jordan Noronha) 表示，他們可以使用不同類型的打印機(jī)制造出幾毫米或幾米大小的結(jié)構(gòu)打印。這種可印刷性及其強(qiáng)度、生物相容性、耐腐蝕性和耐熱性使其成為許多應(yīng)用的有前途的候選者，從骨植入物等醫(yī)療設(shè)備到飛機(jī)或火箭零件。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步改進(jìn)該材料以實(shí)現(xiàn)最大效率，并探索在更高溫度環(huán)境中的應(yīng)用打印。雖然目前可耐受高達(dá) 350 °C 的溫度，但他們相信使用更耐熱的鈦合金可以使其耐受高達(dá) *00 °C 的溫度，用于航空航天或消防無人機(jī)。由于制造這種新材料的技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用，其在行業(yè)中的采用可能需要一些時間。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價值觀察

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的上游為原材料及基礎(chǔ)配件，原材料分為金屬專用材料及非金屬專用材料兩大類，是基礎(chǔ)配件及3D打印耗材的原材料打印。中游為3D打印耗材(金屬粉末、光敏樹脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印設(shè)備的研發(fā)制造;下游為3D打印服務(wù)及應(yīng)用，3D打印主要應(yīng)用場景于航空航天、模具鑄造、生物醫(yī)療、汽車、軍工等領(lǐng)域。

皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員用普通的鈦合金，融合工藝3D打印的設(shè)計(jì)(鈦晶格立方體)創(chuàng)造新的超材料打印。因此，從3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，對原材料產(chǎn)生較大影響。

宏觀市場觀察

——3D打印行業(yè)仍舊處于成長階段

依托行業(yè)不同生命階段關(guān)鍵因素的發(fā)展特征對行業(yè)的成熟度進(jìn)行綜合判定和分析，目前全球3D打印行業(yè)處在行業(yè)成長中期打印。3D打印起源于19世紀(jì)末的美國，由美國研究的照相雕塑和地貌成型技術(shù)開創(chuàng)了的3D打印核心思想，19**年，世界上第一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的公司3D Systems成立，自此，美國開始涌現(xiàn)出多家3D打印公司。

據(jù)Wholers數(shù)據(jù)，3D打印自誕生30多年以來，該領(lǐng)域包括設(shè)備、材料和服務(wù)在內(nèi)的全球收入平均年增長率為2*.1%，并有23年以兩位數(shù)的速度增長打印。這個行業(yè)具有巨大的未開發(fā)潛力，因受疫情影響，2020年3D打印市場發(fā)展雖然放緩，但仍然保持了正向增長。從技術(shù)的角度來看，3D打印經(jīng)歷過產(chǎn)品新、質(zhì)量差，專攻研發(fā)與技術(shù)改進(jìn)的“負(fù)盈利”導(dǎo)入期，目前部分技術(shù)較為成熟、銷量開始攀升、市場份額不斷擴(kuò)大、競爭者不斷涌入，符合成長期的特征。在未來還將有一段較長的成長期，最終過渡到成熟期，達(dá)到最高的產(chǎn)值和利潤總量。

——全球3D打印市場美國獨(dú)占1/3

作為3D打印起步較晚的中國，近幾年，抓緊自主創(chuàng)新和研發(fā)，雖然和國外的技術(shù)還有一定差距，但也一步步朝著精細(xì)化和專業(yè)發(fā)展打印。當(dāng)然，國內(nèi)巨大的市場潛能，也吸引了不少國外3D打印行業(yè)巨頭的目光和投資，進(jìn)一步推動了中國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

——市場規(guī)模及預(yù)測：全球3D打印市場未來增速達(dá)到20%以上的高水平

根據(jù)全球知名3D打印制造平臺3D Hubs數(shù)據(jù)，2020年全球3D打印產(chǎn)品及服務(wù)市場規(guī)模約為12*億美元打印。同時，3D Hubs預(yù)測2020-2023年全球3D打印市場增速達(dá)到17%;2023-2025年達(dá)到最高23.7%;2025-202*年達(dá)到20.4%，到202*年，全球3D打印市場規(guī)模將超過370億美元。

——打印我國3D打印市場規(guī)模超200億元

2017-2020年，我國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年增加，增加速度要略快于全球整體增速，以致于我國3D產(chǎn)業(yè)占全球的比重在不斷增加打印。根據(jù)2020年3月賽迪顧問發(fā)布的《2019年全球及中國3D打印行業(yè)數(shù)據(jù)》，2019年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模為157.5億元，同比增加31.1%。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，2020年中國3D打印規(guī)模突破200億元，約為20*億元。

——多數(shù)3D打印機(jī)價格在2500美元以上

3D打印機(jī)隨用途的不用價位也不同，一般商用打印機(jī)價位較高，價位為幾萬到幾十萬不等;國內(nèi)購物網(wǎng)站上已經(jīng)可以購買到廉價的3D打印機(jī)價格在3000至5000元不等，并配有快速入門指南、相應(yīng)軟件下載、機(jī)器矯正等介紹打印。隨著3D打印技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，各種耗材、打印機(jī)的價格必將呈現(xiàn)下降趨勢，未來3D打印機(jī)完全有可能像傳統(tǒng)打印機(jī)一樣，成為每家每戶都買得起、用得上的設(shè)備。

3DScienceValley對企業(yè)的調(diào)查顯示，中國市場對于高端的工業(yè)級3D打印設(shè)備采購占據(jù)主流地位，有超過44%的企業(yè)采用的10萬美金/臺以上的工業(yè)級3D打印機(jī)打印。

——汽車、工業(yè)機(jī)械與航空航天是主要應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛，3D打印在下游應(yīng)用行業(yè)和具體用途領(lǐng)域的分布反映了這一技術(shù)具有的優(yōu)勢和特點(diǎn)，同時也反映了這一技術(shù)的局限和在發(fā)展過程中尚需完善的地方打印。

根據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，在應(yīng)用領(lǐng)域方面，由于工業(yè)機(jī)械、汽車制造、航天航空等領(lǐng)域?qū)τ跇?gòu)件質(zhì)量要求、定制化要求較高，因此，我國3D打印應(yīng)用領(lǐng)域主要集中于工業(yè)機(jī)械、汽車制造、航天航空等領(lǐng)域，三者合計(jì)占比超過50%，其中工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用占比20%，航空航天應(yīng)用占比1*.90%，汽車領(lǐng)域應(yīng)用占比1*.00%打印。

中國3D打印技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與3D打印關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華中地區(qū)，并且以廣東、湖南省為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來布局3D打印技術(shù)及其他效果技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、華中地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省廣州市天河區(qū)、廣東省深圳市龍華區(qū)、湖南省長沙市開福區(qū)所處3D打印的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對于3D打印的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場的潛力空間打印。

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