2026年全球3D打印複合材料市(shì)場(chǎng)超5億美元

　3D打印作(zuò)為(wèi)一(yī)種最純粹的數字制造方式，每年的市(shì)場(chǎng)規模和發展速度都在成倍數地增長，它涉及到計算(suàn)機、機械，其中最重要的影響因素是先進的材料科學，尤其是複合材料對增材制造自動化(huà)影響最大。

　　SmarTech最新(xīn)出版的《3D打印複合材料市(shì)場(chǎng)—2017：機遇分(fēn)析和十年預測》對3D打印複合材料做了(le)深入和精确的評估，據稱，到2026年全球用于3D打印的複合材料收入将超過5億美元，未來(lái)十年内複合材料将成為(wèi)3D打印最主要的市(shì)場(chǎng)機遇。

目前可用于3D打印的複合材料圖表

　　3D打印被業内視(shì)為(wèi)一(yī)種将生(shēng)産流程簡化(huà)和自動化(huà)的方法，它保全了(le)纖維複合材料在重量優化(huà)和強度方面的優勢，對聚合物3D打印行業而言，3D打印的複合材料部件代表了(le)一(yī)種更直接指向工業終端部件生(shēng)産的途徑，包括用于輕量化(huà)飛機和汽車的大型複雜幾何部件。

　　目前，能(néng)使用複合材料的3D打印技術主要有2種，分(fēn)别是熔融沉積(FDM)和粉床熔融(PBF)，而後者主要指選擇性激光燒結(SLS)。

　　擠出成型的複合材料

　　複合材料擠出成型制造方法可以分(fēn)成幾種不同的應用領域，有一(yī)些(xiē)仍處于研究階段，最實際的FDM應用是定制犧牲工具，這(zhè)就(jiù)意味着在制造複雜的複合部件時(shí)你可以快(kuài)速3D打印出标準的複合預浸材料工具，犧牲工具将零部件制造帶到了(le)一(yī)個(gè)新(xīn)的高度——制造高度複雜的複合部件時(shí)而無需再組裝，隻需将3D打印的犧牲工具溶解在水中即可，由Stratasys公司生(shēng)産的ST 130材料在熱壓過程中完全能(néng)Hold住複合部件的形狀，是目前唯一(yī)能(néng)夠将連續型纖維複合材料的機械性能(néng)和3D打印的先進幾何形狀結合在一(yī)起的系統。

　　未來(lái)，複合生(shēng)産将完全實現(xiàn)自動化(huà)。MarkForged是美國的一(yī)家3D打印設備制造商(shāng)，它研制出了(le)一(yī)種材料擠出技術，能(néng)夠将連續纖維(碳、玻璃或凱夫拉爾)置于3D打印熱聚合物部件(主要是尼龍)的打印層之間(jiān)，也(yě)是目前唯一(yī)可以将連續纖維複合材料進行3D打印的商(shāng)業化(huà)技術。

　　其它廠商(shāng)和研究機構 — 主要包括米蘭理(lǐ)工大學Più實驗室，正在研發使用一(yī)種六軸機械手臂的技術，在熱凝物或光敏樹脂的參與下(xià)能(néng)夠擠出連續纖維複合材料。不過這(zhè)些(xiē)方法仍然處于探索階段。

　　Strati是Local Motors的第一(yī)輛3D打印汽車，這(zhè)也(yě)是為(wèi)什(shén)麽這(zhè)麽多3D打印機制造商(shāng)正在探索3D打印長纖維複合材料(達3mm)的可能(néng)性，大部分(fēn)使用的是ABS或尼龍的熱聚合物。

　　最實際的案例出自美國辛辛那提的BAAM(大尺寸增材制造)平台，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和Local Motors公司使用BAAM和複合ABS-碳纖維顆粒一(yī)次性打印了(le)整個(gè)家用電動汽車的車身(shēn)。

　　碳纖維賦予了(le)熱聚合材料更好(hǎo)(hǎo)的機械性能(néng)，同時(shí)也(yě)減少了(le)由于熱擠壓過程中的溫差而出現(xiàn)的翹曲現(xiàn)象。

　　利用尼龍碳纖維複合顆粒，Stratasys公司也(yě)邁出了(le)更遠(yuǎn)的一(yī)步，它開發出了(le)一(yī)個(gè)八軸機械臂，通過擠壓材料構建出大型複雜結構，能(néng)夠精确地将其放(fàng)置在一(yī)個(gè)三維空間(jiān)中。

　　這(zhè)個(gè)平台還處于測試階段，Stratasys的合作(zuò)夥伴福特和波音(yīn)等正在做這(zhè)個(gè)工作(zuò)。另外，其他低(dī)成本的材料擠出制造商(shāng)和線材制造商(shāng)正在開發和利用長纖維熱塑性纖維，使用尼龍碳纖維(達20-30% CF)是當前最受歡迎的方式。

　　粉床熔融的複合材料

　　粉床融合(PBF)是另一(yī)個(gè)短(幾百微米)切纖維複合材料可能(néng)繼續獲得廣泛應用的領域。PBF技術的市(shì)場(chǎng)格局非常不同，入門級SLS系統最低(dī)價為(wèi)20萬歐元。雖然近二十年來(lái)該市(shì)場(chǎng)都由EOS和3D Systems主導，但(dàn)近年來(lái)亦有不少新(xīn)公司加入，如(rú)Prodways和理(lǐ)光。惠普也(yě)加入了(le)這(zhè)個(gè)市(shì)場(chǎng)，并開發除一(yī)種稱為(wèi)MJF(多射流熔融)的PBF技術，比标準SLS快(kuài)十倍。

　　大多數公司會請大型化(huà)學公司開發新(xīn)型材料，主要集中在玻璃纖維(或玻璃珠)和碳纖維尼龍複合材料。這(zhè)些(xiē)領域較為(wèi)活躍的領頭羊有Arkema和BASF，而占據3D打印用複合粉末技術領先地位的就(jiù)屬意大利CRP集團和其Windform系列材料。這(zhè)些(xiē)材料主要用于汽車和航空原型，但(dàn)逐漸也(yě)可以用于終端零件生(shēng)産。

　　另一(yī)種可用于熱聚合物預浸料基質的連續型纖維複合材料的3D打印技術也(yě)在開發中。由EnvisionTEC開發的SLCOM 1系統采用的是一(yī)種分(fēn)層技術和預浸料卷制造3D零件。零件分(fēn)層會先被切割出來(lái)，然後高溫熔化(huà)熱聚合物預浸料基質，再放(fàng)置在适當的位置。整個(gè)過程隻能(néng)适用于X和Y軸，在Z軸上(shàng)表現(xiàn)不出同樣性能(néng)，但(dàn)可以使用高性能(néng)熱聚合物，如(rú)PEEK，保證零件的強度。