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金属粉末是金属3D打印的核心材料,是3D打印产业链中最重要的环节,与金属3D打印的发展息息相关。随着技术的飞速发展,金属粉末市场保持着高增长态势,从2015-2018年,全球3D打印金属材料市场规模年平均增长率达52.8%。本期,我们来了解当前国内外3D打印金属材料的市场概况及在不同行业的应用特点。
▌总体市场规模及发展态势
据《Wohlers reports 2019》,2018年全球3D打印材料总市值约14.95亿美元,相比2017年的11.34亿美元增长31.9%。这些材料包括液态光敏树脂、金属与非金属粉末、丝材以及其他类型所有用于3D打印的材料。
2018年全球3D打印材料市值分布
金属3D打印材料从2017年的1.834亿美元、2016年的1.268亿美元和2015年的8810万美元,在2018年增长41.9%,达到2.602亿美元,占3D打印材料总市值的17.4%,年增长率相比上一年稍有下降。这些材料主要用于激光/电子束粉末床熔融技术、金属粘结剂喷射技术及其他多种形式的金属3D打印。
2009-2018全球金属3D打印材料市值变化(百万)
目前,3D打印行业正在经历材料供应商的爆炸式增长。2018年的一个重要趋势是许多供应链间的合作和收购,材料供应商的生产能力也在提高,这使得市场上各种合金材料的储量实现增长。市场供应量的提高对材料价值链产生了积极影响,使得规模经济增加,成本降低,并向3D打印应用领域的临界质量迈进。
材料价格变化(仅做参考,不代表市场最终价格)
基于以上因素,金属3D打印材料的价格也在下降,一些会被批量使用的材料,如模具钢、钛合金、铝合金等都出现了不同程度的价格下行趋势。
▌材料呈现多样化发展
在目前存在的超过5500种合金材料中,虽然绝大多数材料仍无法通过金属3D打印技术制造,但值得欣慰的是,可以用于打印的材料种类在不断增多,从常规使用最多的不锈钢、TC4、AlSi10Mg、钴铬合金,到纯钛、纯钽、高强铝合金等等。在几年的发展过程中,钛合金粉末可能已经经历了它的最高增长率,而铝粉开始引起了越来越多生产商的兴趣,一系列高强度、高韧性的铝合金开始涌现,尤其受到来自航空航天应用领域的关注。
初创企业和现有材料供应商对新材料的研究正在得到回报,据欧瑞康介绍,新金属材料进入3D打印市场的速度远远超过过去10年。对于结构应用,新型金属材料如高强度的铝-镁-钪合金、MARM 247和IN738LC高温合金现在都可以用于3D打印,这些材料在过去使用传统手段难以加工。
▌应用领域及国内市场概况
基于最终用途,金属3D打印应用领域可以分为航空航天和国防、汽车、医疗和牙科等。航空航天和国防工业中的重要工程对3D打印应用的需求在不断增加,随着过去进行原型制造的公司开始转向最终用途部件制造,对金属粉末的需求也在显著增加。金属3D打印在汽车工业中的应用同样显著,从汽车档杆到发动机关键部件的生产,涉及门类不胜繁多。医疗行业则面临口腔和植入体的双重爆发局面。除此之外,打印机制造商也在着重开发更大打印尺寸的设备,以用于制造更大的部件和结构。
金属3D打印主要应用领域
接下来,我们根据国内某曾为大飞机C919供货的金属3D打印粉末制造商的多家用户调研数据,对国内各行业的应用情况进行介绍(数据有一定的参考意义,但需要读者谨慎对待,3D打印技术参考不负解释责任)。
2018年,国内3D打印粉末市场总体用粉约600吨,市场规模约3亿元,增幅每年超过100%。这些金属粉末材料在模具、医疗、航空航天以及汽车领域实现了广泛应用。
其中,3D打印在直接制造工业模具尤其是注塑模具领域发展迅速,近2-3年以每年400%的增速增长,月消耗粉末约5-6吨,其中国产粉末占比约40%。
在生物医疗领域,国内每年有一万例以上的应用案例,其中以牙科最为显著。当前国内牙科市场粉末月消耗量约1吨,主要为进口粉末,未来医疗行业将迎来用粉量的爆发。
航空航天是3D打印应用的主要领域,在复杂部件、减重方面的应用一直高速增长,月消耗量高出模具多倍,其中高温合金用量在持续稳步增长。
3D打印在汽车零部件制造领域具有巨大潜力,它不仅能实现快速原型制造,还能实现小批量定制并减少库存。随着国外汽车品牌对3D打印应用的开拓,国内汽车行业有望在今年加速3D打印技术应用。
END
随着欧瑞康、山特维克、卡朋特(收购LPW)等国外金属粉末品牌商强势进入中国,国产民族品牌也在近年迅速崛起,诞生了一批以中航迈特、飞而康、欧中科技等为代表的金属3D打印粉末制造商。相比国外的昂贵价格,以及国外金属打印机对材料的绑定和封锁,国产金属粉末价格更低,品质也在不断提高。
在未来几年中,随着金属3D打印工艺研究的深入和材料的进步,应用端会更加信赖这项技术,材料的消耗量还会持续大规模攀升,而国产粉末的市场占比也会进一步增大。
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