赛迪顾问解决三D打印技术瓶颈材料问题的几点思考样稿

处理3D 打印技术瓶颈——材料问题几点思索

进行大幅度回调，随即类似情况在中国股市出现。3D打印产业在经历了各

国热捧以后，为何回归平淡？其发展瓶颈在何处？面临问题怎样应对？赛迪顾问装备产业研究中心对上述问题进行了深入研究，认为材料问题是制约3D打印技术发展瓶颈，并提出了逐步处理这一瓶颈若干对策提议：加强顶层设计和发展指导；加强定向高技术人才培养；创建需求、应用、研发互动信息平台；激励企业上延下拓集群发展。

【关键词】 打印材料技术研发企业并购

3D打印技术在上世纪80年代一经推出，即受到学界、媒体和民众热捧，多年来情况更甚。但伴随初3D打印相关各股接连下挫，造成媒体相关3D打印技术报道趋于客观，民众对于3D打印热情逐步递减。直接原因在于3D打印还未形成广泛工业应用，没形成实际完整产业链条。3D打印不能大面积应用最关键原因在于各类适用材料不能满足设计要求，材料成为3D打印产

一、现在3D打印技术关键在于打印材料业发展技术瓶颈。

所谓3D 打印材料，是增材制造（即3D打印）技术用于逐层堆积制作零部件基础原材料和技术关键，科研人员针对不一样类型和性质原材料开发出原理大相径庭各类3D打印技术。现在市场上主流3D打印工艺类型有选择性激光烧结SLS、光固化成型SLA、丝材熔融挤出成型FDM、液体喷印成型3DP、分层实造LOM和上述类型对应细分衍生技术等，其应用材料则包含金属粉末、高分子聚合物、光敏树脂、聚乳酸、无机材料

粉末、生物高分子材料等，涵盖范围十分广泛。

因为3D打印技术采取在水平面内逐行成型、在三维结构内

逐层堆积技术原理，致使打印材料性能直接决定成品强度、刚

度等力学性能，粗糙度等表面质量，和防潮性、热稳定性、生

物相容性等其它特殊性能。材料性能又能深入影响热处理、表

面理化处理、精加工、抛光镀膜等后续工艺，直接影响生产成本和成型效率。伴随其它相关零部件技术发展提升，3D打印材

品应用关键问题。
料地位不停提升，其性能已成为目前影响3D打印技术发展和产

现在在常见3D打印材料种类基础稳定前提下，企业期望提

升产品质量、提升产品竞争力、扩大市场份额，就需要对打印设备总体设计进行优化，对成型工艺进行创新，对加热/制冷喷头、三维运动机构、步进/伺服电机、激光束/电子束发生器、送

料装置等一系列打印设备组件进行技术升级，以提升3D打印设备市场竞争力，提升3D打印产品力学性能、表面质量，降低预处理/后处理工序，节省成本提升生产效能。比如选择性激光烧

结（SLS）技术针对不一样种材料提升激光束质量、设定对应聚焦点尺寸和激光强度，熔融挤出成型（FDM）技术研究喷头加热温度对ABS塑料熔丝尺寸和成型性能影响，设备中三维运动机构提升精度改善，步进/伺服电机响应速度和精度提升，均是

在打印材料需求影响下进行技术提升和创新，打印材料需求可在相当大程度上影响3D打印技术发展趋势。

（三）打印材料在3D打印产业内占相关键市场份额

据赛迪顾问统计，全球3D打印产业中，打印设备产值和打印材
3D打印产业包含打印设备、打印材料和打印服务三大类。

料产值比重相当，美元1/3，打印服务产值占比略小，为24.2%。打印材料业务可较大程度影响3D打印企业生存发展，比如全球3D打印龙头3DSystem企业因为其打印耗材需求量大增,造成其在底收购了多家材料生产企业，材料业务增加最终使其在整年实现45%营收增速，在全球3D打印泡沫开始破裂时逆势增加。因为现在应用于3D打印材料种类较少，大量材料应用潜能还未开发出来，

伴随技术提升开发更多类型材料投入应用，打印材料在全行业

总产值所占比重将深入提升，打印材料可能成为整个3D打印产

业产值最高一环。

二、目前3D打印材料在应用领域面临突出问题

（一）性能或效率不符合要求，无法满足工业生产需要

3D打印材料成型出产品普遍含有强度刚度低、表面质量差且含有台阶型纹路、生产效率低等共同缺点，在采取不一样工艺技术路线时还暴露出其它特定成型劣势。3D打印技术必需和其它技术进行复合才能有可发展市场空间。相比于传统铸造、车铣、锻压、焊接等金属机加工生产方法和模具浇灌等非金属
加工优势，但其产品性能在多数情况下还不能满足使用要求。

金属是3D打印最为宽广潜在市场。但金属材料打印仅支持十多个金属进行加工，如特定多个铝硅合金、钛合金、镍合金和不锈钢，且需要预先制成专用金属粉末；打印出金属制品致密度低，最高达成铸造件致密度98%，远低于铸造件力学性能；打印制品表面质量差，精度2-10μm，需要打磨抛光等后处理；3D打印含有复杂曲面零部件时，支撑材料难以去除。现在金属打印产品极少能作为零部件直接组装应用。无机材料打印关键用

于生产陶瓷结构，适用材料范围极窄，如陶瓷粉、粘土和粘合剂等；且打印完成后需进行后处理和高温烧结；和其它3D打印制品类似，打印出结构精度差、力学性能差；最大劣势存在于生产效率，远低于其它生产方法。多年来生物组织打印被媒体热炒，众多高校和科研机构参与其中。但仅支持明胶、胶原和合成高分子混合物等多个材料；打印出结构生物相容性较差，孔隙率小且孔洞分布不均匀，细胞附着生长繁殖率低。现在全球范围内生物打印仅对组织器官进行结构模拟，未出现拥有特

（二）少数技术成熟打印材料应用市场狭小定理化功效生物打印成功案例。

型（SLA）研究较为深入，技术较为成熟。FDM技术采取ABS

塑料、聚乳酸、尼龙等热熔性材料进行零部件成型，能实现姣

好成型精度和表面质量，精度在0.08mm以内；SLA技术采取

光敏树脂进行成型工作，成型精度和表面质量比FDM愈加优异，

精度在0.05mm以内。但上述两项技术所用材料仅能应用于工

艺品、展示模型、设计原型制作等领域，应用范围较为狭窄，

其在零件装配可行性方面市场份额也被功效更为强大绘图软件

所替换。

（三）新材料概念炒作多于实用技术应用

各3D打印企业出于宣传公关、公布利好等目标，定时会将多个新材料推向市场，尤其是行业内龙头企业，其产品名目包含几十乃至上百种品类繁多材料种类。但经仔细研究发觉，绝大多数材料是已经量产材料类似物，仅在同种类别内进行对应研发，并无实质上创新材料推出。企业定时向市场宣称有新材料应用时，炒作新材料概念赢取股价上涨公关意义大于推出有效创新提升技术水平研发意义。
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