应用版图持续扩张,激光金属3D打印大有可为
发布时间：2021-10-15
3D打印主要分为桌面级和工业级两种。据3D Science Valley统计数据显示，中国市场对于高端工业级3D打印机设备采购占据主流地位，有超过44.1%的企业采用单价在10万美元以上的工业级3D打印机。
金属零部件是工业体系中占比最大、应用最为广泛的产品类型，随着“工业4.0”进程的加快，快速开发、定制化制造、轻量化等需求面临着紧迫的压力，因此为工业激光金属3D打印带来了广阔的前景。
激光金属3D打印作为一项新兴的制造技术，是互联网+、数字信息技术、先进材料技术和先进制造技术的高度融合，是实现“个性化定制对接海量用户，智能制造满足更广阔市场需求，绿色生产赢得可持续发展未来”的重要途径，是3D打印技术中门槛最高、前景最好、最前沿的技术之一。
3D打印行业分析机构SmarTech 对金属增材制造（AM）市场做了大胆的预测，他们预计，到2030年，金属3D打印部件领域每年将收获500亿美元。
▲每年3D打印的零件数量，来源: SmarTech Analysis
在SmarTech发布的 "2021年金属增材制造零件生产 "报告中，再次审视了金属3D打印部件的生产量和由此产生的市场价值。报告建立了一个金属3D打印市场预测的数据库，范围从原型、工具和模具到最终使用的生产部件。这些项目横跨八个主要行业和几十个零件类别，如航空航天领域的飞机和直升机发动机部件到能源领域的核反应堆部件。
随着激光金属3D打印技术的发展，材料库在不断扩大，成本反而不断下降，因此也不断获得各行业的认可而扩大应用版图。
汽车零部件
2021年8月13日，福特汽车公司公开表示，将在未来两到三年内用金属3D打印技术大规模生产一种新的汽车部件。其实不止福特，宝马、通用、大众、本田等车企都在各自的设计中心探索着3D打印对汽车生产制造带来的更多可能性，相比于传统造车过程，3D打印技术可以为车企节省更多的成本，缩短研发到上市的时间。
3D打印技术可以应用在汽车研发前期的模型车设计、汽车零部件的供应以及汽车生产过程中的工装夹具、生产治具等，但现阶段更多的是应用于汽车零部件的生产。对于一些形状复杂、价格昂贵的零部件，传统铸造锻造工艺生产不出来或损耗较大，而激光金属3D打印则能快速制造出满足要求、重量较轻的产品。
▲汽车立柱
航空航天
在航空航天领域，出于减重与强度要求，航空航天设备中复杂结构件或大型异构件的比例越来越高，而这正是3D打印的优势。同时在航天领域，对于零件的性能要求的敏感度较高，对价格相对不敏感，因此更有利于3D打印技术（主要是金属3D打印）在航空、航天等高端装备的极致轻量化和高可靠性部件上的推广应用。
我国的大型钛合金结构件激光成形技术具有国际领先水平，是目前世界上唯一掌握了飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成型技术并实现装机应用的国家。另据媒体报道，在舰载机、四代机等新型军用飞机的研制过程中，3D打印技术已经发挥了重要作用，承担了包括起落架在内的钛合金主承力构件的试制任务。相对于传统3D打印的低精度，创鑫激光定制化的3D打印用激光器所打印出来的构件成型效果和精度控制上都更胜一筹！
▲航空发动机用零部件
医疗器械
据相关统计数据显示，3D打印市场份额的三分之二被医疗和外科中心所占据，而且在未来很长一段时间里医学领域的应用将牢牢占据首要位置。3D打印除了辅助医疗、制造部分人体器官以外，在提供订制、个性化的医疗仪器设备方面也有巨大潜力。
而金属3D打印技术在医疗器械领域的潜力已经超越了原型承担复杂手术器械的制造任务。例如，在膝关节前交叉韧带损伤修复手术中，医生首先要去除残存的前交叉韧带，然后准确的替换上移植韧带。如要保证手术的精准和微创，医生需要借助一种精密而特殊的手术工具。制造这种工具的镍铬铁合金是一种难加工材料，使用传统的机加工方式制造该手术工具的难度很高，而且所花费的时间长、成本高。这种情况下，使用金属3D打印技术进行制造则更为适合。
据SmartTech预测，2022年全球医疗3D打印市场规模将达到89亿美元，并在未来10年将保持16％以上的复合增长率。除了现阶段已成熟应用的齿科、骨科领域，3D打印在个性化精准化医疗器械及器官再造领域同样充满了期待。
▲3D打印牙冠
金属3D打印优势
1.一次成型，任何复杂结构皆可一次打印成型，无需焊接；
2.可选材料多，钛合金、钴铬合金、不锈钢、金、银等多种材料可选；
3.优化产品设计，可以制造传统方式无法制造的金属结构件，如用复杂且合理的结构代替原先的实心体，使成品重量更低，力学性能却更好；
4.高效省时成本低，无需机械加工和模具，直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。
由于部分零件通过激光3D打印所需的时间较长，因此对光纤激光器的稳定性和可靠性要求较高。近年来，创鑫激光也在金属3D打印应用领域积极开拓探索，凭着在光纤激光器领域多年的技术积累以及优异的产品品质，针对3D打印行业推出的单模300-500W连续光纤激光器也获得了市场及终端用户的一致认可，现已与诸多3D打印设备商均建立了稳定的合作关系，目前主要应用于汽车零部件、航空航天（发动机）、军工产品、医疗器械、牙科等领域。
▲创鑫单模300-500W连续光纤激光器
在3D打印技术不断成熟下，其产业潜力也在快速释放，3D打印不仅提高了工作效率、也大大减少了人工成本，我国3D打印产业虽然起步较晚，但发展热情持续高涨，市场规模同样节节攀升，3D打印设备发展前景可谓一片光明。
在WohlersAssociates的调查中显示，打印服务商未来最想购买的3D打印设备中，以金属为材料的激光打印设备，所占比例居第一位，20.3%。这说明，下游服务商可能更加看好这一技术工艺在下游行业中的应用和发展。相应地，有望对推动激光打印设备和金属打印材料的消费需求。
来源：创鑫激光
