上天下地、通信医疗,3D打印应用领域不断延伸,工程塑料迎来“主场秀”

材料前沿洞悉 2022-09-20
2143 字丨阅读本文需 6 分钟

目前国内3D打印已初步形成创新链与产业链,机构预计全球金属3D打印市场规模将在2024年达到110亿美元。

3D打印材料新方法被解锁

据科技日报,麻省理工学院研究人员开发了一种用于3D打印材料的方法,该材料具有可调节的机械性能,可感知自身如何移动以及如何与环境相互作用。这项成果发表在《科学进展》上,有朝一日可用于制造具有嵌入式传感器的柔性机器人,使机器人能够了解自己的姿势和动作。

研究人员使用数字光处理3D打印将通道整合到结构中,通过这个过程创建了几个晶格结构,并展示了当结构被挤压和弯曲时,充气通道如何产生清晰的反馈。在这些结果的基础上,他们还将传感器整合到为机动柔性机器人开发的一种新型材料手动剪切拉胀剂(HAS)中。HSA可同时扭曲和拉伸,能够用作柔性机器人执行器。

研究人员称,用连续的类皮肤传感器来感知柔性机器人,一直是该领域的巨大挑战。这种新方法为柔性机器人提供了准确的本体感受能力,并为其通过触摸探索世界打开了大门。

3D打印应用范围广阔

未来大有可为

3D打印技术类似燕子衔泥造窝,材料一点一点累加,造出三维物体,又称增材制造。3D打印在新产品开发、首件制造等方面,能大幅简化流程、缩短周期、降低成本。

中国工程院院士、西安交通大学教授卢秉恒日前表示,在材料、主流工艺与装备、关键零部件、控制软件及各领域工程应用等方面,3D打印已初步形成创新链与产业链;3D打印应用范围极广,未来将大有可为。

首创证券研报指出,目前3D打印技术在下游应用还处于初级阶段,未来随着该技术在制造领域的渗透以及相关产品在实际应用中的验证,金属增材制造市场规模将快速增长。

据SmarTechAnalysis报道,2019年包括3D打印设备、材料和服务在内全球金属3D打印市场规模达到了33亿美元,预计在2024年达到110亿美元,2019-2024年年复合增长率达27.23%。

产业链潜力

从产业链角度来看,3D打印行业的细分领域主要包括3D打印材料、3D打印设备及3D打印服务。目前,我国3D打印企业分布在产业链各个环节,3D打印材料领域的代表企业有中航迈特、有研粉材等;3D打印设备领域的代表企业有创想三维、中科煜宸等;3D打印服务领域的代表企业有飞尔康、迈普医学等。

3D打印机的应用对象可以是任何行业,只要这些行业需要模型和原型,因此其发展极为迅猛。根据中国海关数据,2021年我国3D打印机进口数量为0.74万台,同比减少39.8%;出口数量为287.78万台,同比增加13.3%。

随着3D打印行业的供需规模增长,行业的参与者在不断的增多,同时,吸引了新投资者进入到3D打印市场中,这加大了3D打印行业的竞争力度;同时由于低端产品的同质化,企业间的竞争方式主要集中在价格竞争,这也使得3D打印行业的竞争加剧,从而给行业带来一定的同业竞争风险。

3D打印设备行业需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。目前,应用领域排名前三的是工业机械、航空航天和汽车,分别占市场份额的20.0%、16.6%和13.8%。

2020年中国3D打印相关业务收入过亿元的中国企业中,消费级3D打印机龙头厂商深圳创想三维营收超过10亿元,营收过2亿元的企业超过10家,如铂力特营收超4亿元;其余18家处于1亿元至2亿元之间。

2020年世界3D打印市场规模约为154亿美元,中国3D打印规模约为44亿美元。预计2023年世界3D打印市场规模有望达到349亿美元。

工程塑料的“主场”

作为当前应用最广泛的一类3D打印材料,工程塑料占商用3D打印材料的90%以上,应用于FDM设备。主要包括热塑性材料和热固性材料。目前常见的工程塑料主要有以下几类:

一、ABS工程塑料:ABS是当前比较热门热塑性的3D打印材料,形状通常呈现丝状,而且它还具有良好的热熔性与冲击强度,通过熔融沉积3D打印的首选过程塑料。它的优点在于打印出的部件机械强度好且稳定性高。同时,它可以支持可溶性支撑3d打印材料一起使用,可以进行多种颜色选择。

二、PC白色工程塑料,可与FDM3D打印技术结合制造出耐用的模型,工具或者最终产品零件。与其他3D打印材料相比,PC材料具有更好强度、耐热性、抗冲击性等优点,因此可以作为最终零部件使用于超强工程制品的应用。它可以广泛运用于汽车制造、航空航天、医疗器械等......

三、PA工程塑料:它的机械强度高,具有有一定柔韧性,耐热,耐摩擦。Stratasys公司研发出来PA材料有效可以强度特性和抗疲劳性,并可以抗中腐蚀性化学品,适用重复闭合、卡扣式和抗震动部件,同时优于其他热塑性塑料的强度和韧性。这种材料可用于汽车、航天、工业制造行业中。

四、PPSF工程塑料:PPSF是工程塑料3D打印材料中最好的,不仅耐热性比较好,而且强度也非常高和抗腐蚀性也比较强,可用于航空航天、交通工具以及医疗行业,做零部件使用。

PPSF具有最高的耐热性、强韧性以及耐化学品性,在各种快速成型工程塑料之中性能最佳,通过碳纤维、石墨的复合处理,PPSF材料能够表现出极高的强度,可用于3D打印制造该承受负荷的制品,成为替代金属、陶瓷的首选材料。

五、PEEK工程塑料:PEEK(聚醚醚酮)是一种具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料,可加工制造机械零件。常见应用有汽车齿轮、油筛、飞机零部件等。更为主要是PEEK具有优良耐磨性、生物相容性、接近人骨等特点。常用于医疗方面,用来替换人骨,植入人体,可仿生制造人工骨。

六、EP工程塑料:EP工程塑料俗称弹性塑料,是美国著名Shapeways公司最新研制的一种3D打印材料。它在使用时可避免穿戴物品或者可变形类产品存在的脆弱性问题,和ABS一样采用“逐层烧结”,但3D打印的产品相当好,而且变形易于复原,这种可常用于鞋子、衣物等。

七、Ender工程塑料:它是由美国一家tratasys公司推出一款全新的3D打印材料,是一种先进的仿聚丙烯材料,它拥有高强度、柔韧度好和耐高温性能,用起打印的产品表面质量极佳且尺寸稳定性好,不易收缩。这一特性我们常用于打印咬合齿合部件。

文章来源: 找塑料网,数据宝,中研网

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