據統計數據顯示,全球3D打印材料市場規模近5年來一直保持著20%以上的增長態勢,處于快速發展時期。僅2017年,全球3D打印材料市場規模就超過了26億美元。
如今,世界各國都從政策、資金等多個層面積極推動3D打印產業的發展。在世界各國的共同倡導下,3D打印材料研發活動日益頻繁,新型材料紛紛涌現,這為3D打印在醫療、教育、建筑領域的規模化應用提供著堅實的物質基礎。
3D打印材料研究加速金屬類材料前景良好
近幾年,隨著3D打印行業的不斷發展,全球3D打印材料市場規模也不斷擴張。據統計數據顯示,全球3D打印材料市場規模近5年來一直保持著20%以上的增長態勢,處于快速發展時期。僅2017年,全球3D打印材料市場規模就超過了26億美元,較上年增長超過31%。
從總體來看,目前市場上出現的3D打印材料主要有ABS塑料材料、PLA材料、橡膠類材料、金屬粉末材料、陶瓷材料以及近幾年新推出的復合型石膏粉末、環氧樹脂和蠟制材料等。為更好的滿足各行業發展的實際需求,各國研究人員紛紛加快了3D打印新型材料的研發速度。
據統計數據顯示,從2010-2017年,3D打印材料的專利申請數量整體呈現出波動增長趨勢。2009-2013年,3D打印材料申請專利數量平穩發展。從2014年開始,3D打印材料的專利申請數量逐漸迎來爆發。2017年,3D打印材料的專利申請數量已經超過了1040項。
在3D打印新型材料研發廣受各國重視之時,許多高性能的3D打印材料加快被研發出來,并應用于航天航空、醫療器械、汽車制造等多個領域。在多種3D打印材料中,鈦合金、鋁合金、不銹鋼等金屬類材料所占比重超過40%,這些材料在工業機械、汽車制造領域應用較為廣泛,而這一切,與金屬類材料自身所具備的多種優勢是分不開的。
具體來講,金屬類材料具有良好的力學強度和導電性,其所具備的純凈度高、粒徑分布窄、含氧量低等優點尤其受到研究人員的認可。就不銹鋼而言,不銹鋼所具備的耐化學腐蝕、耐高溫和力學性能良好等特性,可以使產品的穩定性得到進一步保障,并降低產品制作成本。
目前,應用于金屬3D打印的不銹鋼主要有三種:奧氏體不銹鋼316L、馬氏體不銹鋼15-5PH、馬氏體不銹鋼17-4PH。其中,奧氏體不銹鋼316L具有高強度和耐腐蝕性,適應多種溫度環境,因而被應用于航空航天、石化等多種場景。除了不銹鋼外,鈦合金、工具鋼等金屬類材料的應用范圍也較廣。
據業內人士分析,3D打印金屬類材料不僅在目前擁有較為廣闊的應用空間,其在未來的應用潛力也十分巨大。在多種材料中,金屬類材料和塑料類材料是將成為未來3D打印材料發展的一大趨勢,這兩類材料的專利申請數量占比有望超過50%;此外,隨著未來電子產品行業和醫療器械行業的發展,高分子化合物材料、纖維素類3D打印材料的市場需求量也將進一步增多。
實際上,隨著3D打印技術的不斷成熟,采用統制造技術制作定制化產品時出現的生產成本高、消耗資源大、耗時長等缺點已經逐步被克服,3D打印的應用范圍也慢慢由宏觀鑄造向著微觀購件轉變,而要想實現較好的效果,就需要技術、材料等的支撐。
3D打印材料作為3D打印的重要物質基礎,其發展狀況直接制約著3D打印技術的發展。今后,隨著3D打印產業規模日益擴大,3D打印材料在整個行業中的地位將變得越來越重要,各行業對金屬3D打印材料的需求量會進一步增多。
在實際的操作過程中,研究人員通過深入研究各類材料的加工、結構、屬性之間的關系,將進一步明確每種材料的優點和局限性,從而促進3D打印材料性能的全面釋放。今后,在世界各國研究人員的共同推動下,3D打印材料的種類將更加豐富。
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