Technavio市場(chǎng)研究公司所發(fā)布的一份2016-2020年全球3D打印材料調(diào)查報(bào)告中指出,全球3D打印材料市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)了25%,這其中金屬粉末的需求量的增加占據(jù)了很大一部分因素。盡管目前塑料3D打印材料扔占據(jù)整個(gè)市場(chǎng)接近50%的份額,但是金屬材料的增長(zhǎng)率仍在迅速增長(zhǎng),尤其是以鈦合金粉末為代表的高品質(zhì)金屬粉末,在未來(lái)幾年里金屬材料的市場(chǎng)占有率將全面趕超塑料3D打印材料。
金屬粉末產(chǎn)品作為增材制造的主要原材料,目前應(yīng)用的領(lǐng)域主要包括:
●工業(yè)模具材料如:MS1、CX、17-4ph等;
●創(chuàng)意設(shè)計(jì)領(lǐng)域如:銅合金、AlSi10Mg、316L;
●航空航天領(lǐng)域如:TC4、Inconel718等;
●生物醫(yī)療領(lǐng)域如:CoCr合金、鈦及鈦合金、鉭金屬等;
●科學(xué)研究應(yīng)用材料如:因瓦合金、高熵合金、鎢金屬等。
金屬3D打印應(yīng)用案例
●飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴
2018年10月,GE航空工廠慶祝其第30,000個(gè)3D打印燃料噴嘴的成功出貨。該噴嘴安裝在GE的LEAP噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi),由金屬3D打印機(jī)一體成形。GE生產(chǎn)的每臺(tái)LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)都包含19個(gè)3D打印燃料噴嘴。30,000個(gè)3D打印燃料噴嘴可以滿足1,578臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。
●新一代載人飛船返回艙防熱大底框架結(jié)構(gòu)
2020年5月,長(zhǎng)征五號(hào)B火箭成功發(fā)射我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船,其返回艙防熱大底框架是3D打印出來(lái)的。其中重要的技術(shù)突破之一,是由航天五院總體部主導(dǎo)的超大尺寸整體鈦框架設(shè)計(jì)及成型技術(shù)。超大尺寸整體鈦框架結(jié)構(gòu)采用3D打印工藝制造,成功實(shí)現(xiàn)了減輕重量、縮短周期、降低成本等目標(biāo)。新一代載人飛船試驗(yàn)船的成功返回也標(biāo)志著超大尺寸關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件整體3D打印技術(shù)通過(guò)大考。
●骨科金屬植入體
2021年2月,湖南華翔和南華大學(xué)附屬*醫(yī)院脊柱外科團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)的多孔型椎體融合器正式通過(guò)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局(NMPA)審批(注冊(cè)證編號(hào):國(guó)械注準(zhǔn)20213130105),成為國(guó)內(nèi)*將選區(qū)激光熔融技術(shù)(SLM)應(yīng)用于3D打印醫(yī)療產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。在申請(qǐng)認(rèn)證的5年時(shí)間里,已經(jīng)為80位患者進(jìn)行了3D打印植入體的臨床試驗(yàn)。在此之前,電子束技術(shù)3D打印的植入體已經(jīng)得到規(guī);膽(yīng)用,2020年8月份,GE發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,在過(guò)去13年,GE的全球客戶大約生產(chǎn)了超過(guò)150萬(wàn)個(gè)骨科植入產(chǎn)品。中國(guó)骨科植入物龍頭愛(ài)康醫(yī)療生產(chǎn)的骨科金屬3D打印植入物產(chǎn)品年收入已超過(guò)1億元。
●3D打印金屬牙冠和可摘義齒托架
金屬3D打印技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始變革傳統(tǒng)的義齒制造工藝。中國(guó)的金屬3D打印機(jī)市場(chǎng),齒科專用金屬3D打印機(jī)2019年、2020年出貨量均超過(guò)200臺(tái)。2021年1月,國(guó)家藥監(jiān)局關(guān)于發(fā)布免于進(jìn)行臨床試驗(yàn)醫(yī)療器械目錄(第二批修訂)的通告(2021年第3號(hào)),其中包括了“牙科增材制造用金屬材料”。牙科增材制造用純鈦、鈦合金、鈷鉻合金金屬材料,用于通過(guò)激光選區(qū)熔化工藝加工制作牙冠、牙橋等非植入修復(fù)體,產(chǎn)品本體材料及性能指標(biāo)須至少滿足YY∕T1702-2020《牙科學(xué)增材制造口腔固定和活動(dòng)修復(fù)用激光選區(qū)熔化金屬材料》、GB17168《牙科學(xué)固定和活動(dòng)修復(fù)用金屬材料》等相關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求;砻馇闆r不包括用于制作頜面贗復(fù)體、種植體、基臺(tái)及附件的產(chǎn)品及與已上市產(chǎn)品相比采用新材料、新技術(shù)或具有新作用機(jī)理、新功能的產(chǎn)品。
●3D打印金屬模具
金屬模具被廣泛用于3C行業(yè)、包裝行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、家電行業(yè)、汽車行業(yè)。使用SLM(選擇性激光熔化)技術(shù),通過(guò)逐層累加的打印技術(shù),可以制造出幾乎無(wú)所不能的冷卻水路——隨形水路,它可以根據(jù)產(chǎn)品輪廓的變化而變化,到達(dá)模腔任何地方,使模具內(nèi)部將無(wú)任何冷卻盲點(diǎn),這是傳統(tǒng)制造技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。隨著金屬3D打印成本的下降,3D打印模具的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越強(qiáng),采用3D打印模具的用戶也越來(lái)越多。
●3D打印換熱器
傳統(tǒng)的換熱器制造工藝主要有擠壓成型、鑄造和機(jī)械加工等方法,這些加工工藝限制了換熱器可實(shí)現(xiàn)的幾何形狀。金屬3D打印工藝的出現(xiàn)消除了許多設(shè)計(jì)制約,設(shè)計(jì)人員開(kāi)始重新考慮更高熱效率的散熱器設(shè)計(jì)方法。
經(jīng)典的換熱器設(shè)計(jì)方法主要涉及的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:基板厚度、翅片數(shù)量、翅片厚度、翅片間距、翅片高度。然后優(yōu)化這些參數(shù)以滿足傳熱、重量和成本的約束。而如果使用3D打印技術(shù)來(lái)制造換熱器,將不再受這些條件的約束。
除了上述的幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域和案例之外,金屬3D打印還在藝術(shù)品、光柵、汽車等領(lǐng)域都有應(yīng)用。
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