中國粉體網(wǎng)訊 隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的不斷升級，增材制造技術(shù)和應(yīng)用的不斷開發(fā)，國內(nèi)的增材制造尤其是金屬3D打印技術(shù)和應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。
根據(jù)SmarTech Analysis分析報道，2019年全球金屬3D打印市場達到33億美元，包括3D打印設(shè)備、材料和服務(wù)，預(yù)計在2024年將達到110億美元。金屬粉末材料作為金屬3D打印的上游產(chǎn)業(yè)迎來了最好的發(fā)展機遇，未來數(shù)十年金屬3D打印行業(yè)必然持續(xù)快速增長，對金屬粉末材料的需求必將持續(xù)走高。
1 應(yīng)用現(xiàn)狀
金屬粉末產(chǎn)品作為增材制造的主要原材料，目前應(yīng)用的領(lǐng)域主要包括：
●工業(yè)模具，應(yīng)用材料如：MS1、CX、17-4ph等；
●創(chuàng)意設(shè)計領(lǐng)域，應(yīng)用材料如：銅合金、AlSi10Mg、316L；
●航空航天領(lǐng)域，應(yīng)用材料如:TC4、GH4169等；
●生物醫(yī)療領(lǐng)域，應(yīng)用材料如：CoCr合金、鈦合金等；
●科學(xué)研究應(yīng)用材料如：因瓦合金、高熵合金等。
研究公司IDTechEx預(yù)計，到2025年全球3D打印粉末市場規(guī)模將逾50億美元，遠超于2016年的2.5億美元。根據(jù)估算，金屬粉末2019年全國總消費市場約有2億元，連續(xù)五年保持30%以上的增長，在可預(yù)見的將來，還將保持快速增長的勢頭。
在供應(yīng)商方面，全球有山特維克、LPW、TLS、普萊克斯、歐瑞康、AP&C、泰科納等材料生產(chǎn)商供應(yīng)增材制造金屬粉末材料，主要集中在歐洲和北美。美國通用電氣公司（GE）旗下的加拿大金屬粉末制造商AP&C，在蒙特利爾新建第二條粉末材料生產(chǎn)線，投資逾3000萬美元建造自動化工廠，為3D打印行業(yè)供應(yīng)金屬粉末。德國的H.C.Starck、加拿大的PyroGenesis都在銳意拓展3D打印金屬粉末業(yè)務(wù)。
國內(nèi)也涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的生產(chǎn)金屬粉末的企業(yè)，如無錫飛而康，其公司鈦合金粉末產(chǎn)品獲得了省藥監(jiān)局的醫(yī)療許可；北京德普潤的鈷鉻合金粉末取得了三類醫(yī)療許可證；江蘇威拉里新材料的模具鋼、鋁合金和高溫合金粉末產(chǎn)品得到國內(nèi)市場廣泛認可和使用，大大推動了粉末國產(chǎn)化進程，其中模具鋼粉末市場占有超過70%，鋁合金產(chǎn)品在各項指標(biāo)上都達到了國際先進水平。
△國內(nèi)外部分金屬3D打印粉末供應(yīng)商名單
2 存在的問題
2.1 研發(fā)不足
金屬增材制造技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的時間較短，其材料體系、制造工藝、裝備配套都沒有成熟的體系和積累。這其中以材料為甚，材料的研發(fā)需要有較大的研發(fā)投入和較長的周期，需經(jīng)歷理論積累、成分設(shè)計、材料試制、性能驗證、應(yīng)用驗證等過程。而國內(nèi)制粉企業(yè)大多是中小型企業(yè)，很難支持這種周期長、金額大的研發(fā)投入。
以模具為例，不同的模具設(shè)計人員的理念和經(jīng)驗不同，多種使用環(huán)境，迥異的產(chǎn)品材料和冷卻介質(zhì)，在材料選擇上卻只有MS1等寥寥數(shù)種。航空航天需求的高溫性能好，適合激光加工的粉末材料也是無粉可選。高強度鋁合金粉末、特種銅合金粉末、鈦鋁合金粉末都有巨大的需求缺口。
現(xiàn)在很多公司加大對新材料研發(fā)的投入，如長沙新材料研究院、蘇州三峰激光的高強鋁合金粉末，威拉里新材料近年來推出的新型模具鋼和高溫合金以較好的性能，通過了驗證，填補了國內(nèi)空白。打印服務(wù)商和增材制造各級研究院也在整合資源從應(yīng)用端上行進行材料體系的研發(fā)，有一些已經(jīng)通過試驗進入推廣階段。
但這些還遠遠不夠，還需要產(chǎn)業(yè)鏈上更多的機構(gòu)加大加快材料研發(fā)的進程。
2.2 穩(wěn)定性弱
金屬粉末產(chǎn)品工業(yè)化供應(yīng)的除了核心技術(shù)過硬之外，同樣需要有成體系的粉末管理經(jīng)驗。粉末的品質(zhì)管控、指標(biāo)管控等，國內(nèi)的制粉企業(yè)，大多是近幾年成立發(fā)展起來的，在前期沒有穩(wěn)定的訂單和較大銷量培育，很難建立較完備的粉末管理體系保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定和批次穩(wěn)定。而不穩(wěn)定的產(chǎn)品又會影響生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用端的發(fā)展，不能形成一個正向促進。
2.3 標(biāo)準不全
增材制造發(fā)展迅速，制造技術(shù)、工藝技術(shù)和市場應(yīng)用都走在標(biāo)準建立之前。增材制造所用材料也不例外，材料成分是按照既有標(biāo)準進行，而既有標(biāo)準大多數(shù)是傳統(tǒng)鑄鍛工藝下，經(jīng)過驗證達成共識的指標(biāo)。這種標(biāo)準規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)的材料，通過激光加工過后的性能也是有較大差異的。粉末產(chǎn)品的其他指標(biāo)如氧氮指標(biāo)、粒度范圍、碳硫等主要是借助分析設(shè)備的普適性，來進行橫向?qū)φ蘸蜌v史對照。使用方粉末產(chǎn)品的選擇還是根據(jù)自己使用效果來看，但是實際的使用效果和設(shè)備的狀態(tài)，操作人員和操作工藝，以及當(dāng)時的環(huán)境有很大的關(guān)系。粉末、工藝和設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)、規(guī)范和標(biāo)準沒有貫通，這也為這個行業(yè)的技術(shù)發(fā)展帶來更多的挑戰(zhàn)。
與當(dāng)前全球科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迅猛態(tài)勢相比，我國増材制造領(lǐng)域仍然存在標(biāo)準缺失、國際標(biāo)準跟蹤轉(zhuǎn)化滯后、市場主體參與國內(nèi)國際標(biāo)準化工作程度不高等問題，迫切需要系統(tǒng)謀劃和全面推進增材制造標(biāo)準化工作，充分發(fā)揮標(biāo)準對增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)制和引領(lǐng)作用。
3 機遇和趨勢
3.1 行業(yè)發(fā)展的最佳機遇
增材制造應(yīng)用端的不斷突破和拓展，行業(yè)的快速發(fā)展，為增材制造的粉末材料帶來了大量的機會和關(guān)注。2019年美國鋁業(yè)宣布在美國匹茲堡開設(shè)3D打印金屬粉末廠房，赫格納斯在2019年設(shè)立增材制造粉末材料的板塊。更多的人才、資金和資源匯聚必將促使粉末產(chǎn)品制備更加健康蓬勃的發(fā)展。而社會對增材制造的認識不斷的加深，增材制造的理念橫向融入各個行業(yè)的設(shè)計端，必將進一步加速行業(yè)的發(fā)展，金屬粉末迎來發(fā)展的最佳時期。
△美國鋁業(yè)準備開設(shè)新的3D打印金屬粉末工廠
3.2 國產(chǎn)化趨勢不可逆
隨著國產(chǎn)粉末材料的應(yīng)用不斷推進，越來越多的國產(chǎn)粉末得到了市場的認可。而隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)的深入，像高溫合金、鋁合金和鈦合金這類之前進口粉末占較大份額的粉末產(chǎn)品，將會迎來新的機遇。
3.3 基礎(chǔ)技術(shù)逐漸完備
增材制造專用粉末產(chǎn)品制備在國內(nèi)屬于一個較新的領(lǐng)域，高校和研究院所的課題研究積累較少。但是隨著3d打印的發(fā)展，學(xué)校越來越多的相關(guān)課題和教學(xué)都得以開展，而通過幾年的發(fā)展，研究人員也將研究成果帶入社會來進一步推動行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。另外，行業(yè)內(nèi)有實力企業(yè)都意識到材料體系研發(fā)和制粉技術(shù)研發(fā)的迫切性。據(jù)筆者了解很多公司近年來每年研發(fā)投入超過營業(yè)收入的10%，將研發(fā)作為首要。高校、研究院所也有大量有針對性的教學(xué)和科學(xué)研究，這必將會給增材制造金屬材料產(chǎn)業(yè)帶來更好的發(fā)展。
3.4 標(biāo)準逐步完備
2020年2月份，2020年3月5日，國家標(biāo)準化管理委員會、工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、教育部、國家藥品監(jiān)督管理局、中國工程院 6部門聯(lián)合印發(fā)了《增材制造標(biāo)準領(lǐng)航行動計劃（2020-2022年）》。旨在進一步加快標(biāo)準化建設(shè)，這將大大促進增材制造行業(yè)的標(biāo)準體系建立，保障行業(yè)健康發(fā)展。國家有色標(biāo)委會等機構(gòu)為標(biāo)準建立做了大量的工作，在研究院所和各個企事業(yè)單位的不斷努力下，取得了階段性成果，為下一步完善體系奠定了基礎(chǔ)。
3.5 行業(yè)細分
增材制造作為一種全新的加工手段，它是橫向嵌入到各個行業(yè)中的。每個行業(yè)的具體工況、性能、指標(biāo)要求都有各自的特點，因此對粉末材料的要求也是從應(yīng)用端出發(fā)，有針對性的材料體系。因此今后會衍生出更多專注專精于一個或者多個領(lǐng)域的細分的粉末材料制備企業(yè)，加速行業(yè)更加科學(xué)健康的發(fā)展。
4 總結(jié)
面對金屬增材制造技術(shù)的快速發(fā)展和不斷壯大的市場規(guī)模，越來越多的材料商斥巨資投入金屬3D打印粉末的研發(fā)和生產(chǎn)，希望從原材料切入，抓住行業(yè)發(fā)展的重大機遇。這對于增材制造行業(yè)以及上下游的產(chǎn)業(yè)來講是一件好事，更多的研發(fā)投入和更充分的競爭，必將為市場帶來更優(yōu)秀的解決方案，新的制造手段將逐漸替代老舊的制造方式，整個市場的蛋糕也會越做越大。同時，隨著行業(yè)標(biāo)準的不斷完善和技術(shù)的日漸成熟，金屬3D打印的潛力將會被更好的挖掘出來。
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