2020年金属3D打印的现状

2020-10-07 16:16:47 14

作为3D打印的子集,金属打印在过去几年中一直在增长。该技术在材料的速度和多功能性方面取得了长足的进步,许多公司正在尝试许多不同的技术。尽管塑料仍然是公司和外部服务使用的最主要材料,但是金属印刷部件紧随树脂之后,而两者都超过了陶瓷。不用说,与仅仅5年前相比已经发生了很大的变化,因此本文将着眼于2020年金属印刷行业的发展趋势。

这是我们的主要收获:

行业概况和关键案例

金属印刷的用途,市场规模和制造商的兴趣有所增加。这些统计数据的增加归因于总体成本的降低,以及对3D打印带来的独特元素的认知度的提高。根据Grandview Research的数据,2019年金属印刷市场的价值为7.721亿美元,从2020年到2027年的复合年增长率为27.8%。同样,从Technavio到全球的市场研究表明,该行业将在2020年至2024年之间增长15.9亿美元,复合年增长率超过26%。无论哪种方式,通过这两种估计,该行业看起来都相当健康。

更大的设计灵活性,更低的浪费和成本效益也都是造成这种增长的因素。在许多制造业中达成了多项至关重要的交易之后,已经朝着更多的最终用途生产转移,导致更多的公司开始关注这项技术。尤其是激光系统和粉末,已经变得相当便宜,但仍然非常昂贵(我们将在材料部分的后面进行介绍)。

3D打印机

图片来自Grandview Research

采用率一直在增长,尽管大多数采用的是外部机构和服务,而不是内部系统。在对1000位受访者的调查中,2018年有36%的公司使用金属组件进行3D打印,而2017年为28%。这一趋势在Sculpteo的3D打印状态研究中继续存在,表明45%的公司使用金属作为3D打印材料。 另外有10%的人考虑将其以某种能力添加到自己的业务中,无论是外部业务还是内部业务。

整个3D打印行业正在迅速发展,3D打印机变得更快,更可靠且具有生产能力,金属打印机也是如此。就行业类型而言,最突出的是汽车,医疗,国防和航空航天。所有这些行业都倾向于将金属印刷用于快速成型,最终产品,工具以及研究和开发。例如,到2026 年,航空航天领域的快速原型制作对所有材料的合并估值将超过1.05亿美元。主要是,航空航天公司正在使用3D打印和金属打印技术来最大程度地降低开发模型和原型的成本。

最值得注意的是,NASA计划使用金属系统对其未来80%的火箭发动机进行3D打印。在今年年底之前,准备投资35亿美元建立一家生产工厂,每年为该航空巨头的发动机制造100,000个燃料喷嘴。公司正在与大型航空航天公司进行重大交易:例如,Velo3D将其机器交给了SpaceX,并且还宣布他们在今年4月筹集了2800万美元的资金。

该国防部门是从看到至关重要的3D打印巨头的一些关注的另一主要参与者。美国陆军委托3D Systems为他们开发原型打印机,主要用于生产耐用的钢制部件和武器。该委员会的预算为1500万美元,要求该公司创建体积为1×1 x 0.6米的物体。大型激光打印机可以处理旨在开发掩体炸弹的合金,因此,对于激光军械来说,它无疑将是至关重要的制造系统。

近年来,医疗行业也在大量应用金属印刷。著名的例子包括Stryker的3D打印植入物,包括3D打印的Tritanium TL弯曲后腰椎笼,于2018年3月获得FDA批准。类似地,Slice Mfg。Studios说,每台Arcam Q10 EBM机器均可生产约70枚髋臼每五天一杯。诸如EBM和SLM之类的方法对于快速开发专用工具也至关重要,这使得医院无需大量等待时间即可在内部生产零件。

在汽车行业也产生了一些突破性的使用情况。就其3D打印操作的规模和大小而言,宝马是强大的参与者。自2010年以来,这家著名的汽车公司的3D打印零件数量已突破一百万(就所有材料而不仅仅是金属而言)。对于批量生产,宝马的目标是每年生产50,000个零部件和10,000个单个备件。这些零件包括i8跑车的车顶支架和车窗导轨,以及M850i Coupe夜空版的整个制动钳。

福特还一直在进行3D打印,取得了巨大的成就。就在今年早些时候,福特性能公司印刷了有史以来最大的3D打印金属汽车零件。铝制歧管入口形成一个复杂的网状结构,使用传统的制造系统无法制造。另一方面,印刷商在五天内就开发了零件。总体而言,福特整个3D打印操作每月可为他们节省大约一百万美元。

大众汽车一直在为数千个零件使用HP金属喷射系统,并宣布打算增加其对功能零件的增材制造业务。近年来,沃尔沃,大众汽车和布加迪都是该技术的主要实施者。他们都将它用于工具,原型和固定装置,但是金属零件在最终用途应用中尤为突出。

技术与材料

3D打印机


随着该领域技术的不断增长,有许多杰出的产品。DMLS / SLM当前使用最多,大多数使用来自外部服务。活页夹喷射和电子束制造也是重要的金属生产技术,具有重要的市场份额(使用率分别占公司的40%和28%)。Sculpteo的使用金属印刷的受访者中有50%倾向于通过外部服务来进行选择性激光烧结,喷射聚变,SLM / DMLS和粘结剂喷射。他们主要使用技术来抵消机器/维护成本。

到目前为止,DMLS或SLM可能是使用最广泛的技术。它使用钢,铝和钛制成,非常适合航空航天和医疗行业以及牙科和汽车行业。公司在SLM中发现的使它比其他制造方法更胜一筹的主要优势是能够以相对较低的成本生产轻型复杂的功能金属结构。

粘结剂喷射是另一种流行的技术,但它仍然存在一些材料可用性障碍。最常用的合金是不锈钢和工具钢,例如1.4404 / 316L或1.4542 / 17-4 PH。此外,钛合金可从DIGITAL METAL等公司获得用于粘结剂喷射的钛合金,但钛合金尚不广泛。镍基合金,铜和青铜材料以及碳化物目前正在开发中。铝合金是3D打印的其他常见形式,但由于烧结方面的一般困难,在进行粘结剂喷射时,铝合金仍处于开发阶段。

金属粉末和树脂变得越来越便宜,这增加了对使用它们的技术的需求。3D打印中使用的金属包括铝,青铜,钴合金,铜,金,镍合金,钯,铂,银,钢,钛合金和钨。尽管钢和铝及其变种仍然主导着金属印刷领域,但其他金属(包括贵金属)却显着增加。贵金属用量的增长可能归因于珠宝业对金属印刷系统的越来越多的采用。

塑料和金属领域之间的差异也很明显。塑料仍然是主要材料,但金属零件正在增加。从2017年到2018年,使用塑料的3D打印机比例从88%下降到65%,但在同一时期,金属使用量增长了28%至36%。该系统也变得越来越强大,借助金属喷射和活页夹喷射等新技术加快了生产速度。

未来采用的预测和障碍

IDTechEx预测,年收入的大部分将来自材料需求,而不是打印机的销售和安装。他们在IDTechEx Research的预测中还预测,到2029年,金属3D打印的全球市场价值将达到190亿美元。

对航空航天和国防工业的兴趣与日俱增,导致使用金属系统开发更多的关键任务部件。美国航空航天局(NASA)和美国陆军等许多组织已经表示有兴趣在前进的过程中增加其3D打印输出。包括Digital Metal首席执行官ChristianLönne在内的许多专家都将Binder Jetting视作未来的潜在后起之秀。金属印刷将因其采用新的几何形状,减轻重量的设计,更少的生产步骤和更高的生产灵活性而变得越来越流行。

到2026年,汽车应用预计将达到2.4亿美元以上。尤其是欧洲,预计到那时将获得显着增长(超过20%)。欧盟委员会通过的欧盟指令2015/719承诺,公司应尽量减少车辆重量,以提高燃油效率和排放控制。从理论上讲,这应该会推动增材制造和金属粉末市场。欧盟汽车行业也占其GDP的4%以上。作为主要的汽车生产地区,这将对3D打印和增材制造需求产生积极影响。

像往常一样,进一步实施的主要障碍是对现有系统的依赖,生产时间和金钱。除了材料成本外,金属还需要大量时间才能制造出公司期望的最终产品。高交货期限制了大多数制造商转向增材制造,而不是选择常规制造工艺。交货时间是其中3D打印用于其中的主要行业和公司的主要问题,其中包括许多航空航天和国防公司,汽车公司以及电气和电子制造商。尽管这些行业都在使用3D打印,但仍然存在怀疑者,特别是在需要快速,大量生产的公司中。


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标签: 金属3D打印
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