金屬增材制造技術(shù)的范圍正在不斷擴(kuò)大，截至目前，全球190多家OEM廠商提供了18種不同工作原理的金屬增材制造技術(shù)。為了成功地采用金屬增材制造，必須了解3D打印過程及其特性。此外，必須考慮設(shè)計(jì)、流程鏈和成本結(jié)構(gòu)。3D科學(xué)谷全球戰(zhàn)略合作伙伴-AMPOWER的報(bào)告中提供了對金屬增材制造市場和技術(shù)的深刻見解。

全球戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系

2020年，AMPOWER與3D科學(xué)谷達(dá)成長期全球戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，雙方聯(lián)合品牌資源與影響力優(yōu)勢，在咨詢項(xiàng)目、跨國市場進(jìn)入支持(中國企業(yè)進(jìn)入歐洲市場，歐洲企業(yè)進(jìn)入中國市場）等多業(yè)務(wù)領(lǐng)域展開全面合作。除了業(yè)務(wù)合作，AMPOWER將在其系列對全球發(fā)布的市場研究報(bào)告中引入3D科學(xué)谷作為聯(lián)合作者；3D科學(xué)谷將在其白皮書市場研究系列引入AMPOWER在歐洲、美國及其他區(qū)域的研究。

3D科學(xué)谷在中國市場建立了增材制造洞察力體系，并通過近年來的市場研究和分析工作推動(dòng)了中國市場在實(shí)施方面的進(jìn)展。作為連接增材制造領(lǐng)域國內(nèi)外業(yè)內(nèi)優(yōu)質(zhì)資源的平臺，3D科學(xué)谷通過其多媒體平臺進(jìn)一步經(jīng)營著最受推崇的市場溝通渠道。

AMPOWER是工業(yè)增材制造領(lǐng)域的領(lǐng)先咨詢公司，AMPOWER通過開發(fā)和分析市場以及技術(shù)研究，為客戶提供戰(zhàn)略決策建議。在運(yùn)營層面，AMPOWER通過有針對性的培訓(xùn)計(jì)劃以及適用于生產(chǎn)的組件的識別和開發(fā)，為增材制造的引入提供支持。AMPOWER進(jìn)一步的服務(wù)包括質(zhì)量管理、內(nèi)部和外部設(shè)備鑒定支持、跨國市場進(jìn)入支持。

變化中的金屬市場競爭格局

許多人將金屬增材制造與選區(qū)激光熔化金屬3D打印工藝聯(lián)系在一起，這是迄今為止安裝量最高的設(shè)備。但是，還有其他17種金屬AM-增材制造技術(shù)，并且每一項(xiàng)在設(shè)計(jì)規(guī)則、材料和零件特性以及工藝鏈，成本結(jié)構(gòu)和AM成熟度指標(biāo)方面都有不同的特征。為了選擇最佳的工程問題解決方案，需要了解所有選項(xiàng)。從應(yīng)用市場來看，必須選擇正確的技術(shù)，做正確的決策，然后去正確的執(zhí)行。

★選區(qū)激光熔化金屬3D打印工藝主導(dǎo)金屬增材制造市場

在2019年，選區(qū)激光熔化金屬3D打印工藝的銷售站所有金屬設(shè)備收入的85％。與上一年相比，相對增加了5％。DED定向能量沉積技術(shù)在全球金屬3D打印系統(tǒng)銷售收入中所占的市場份額為8.3％，而Metal FDM熔融擠出，BJT粘結(jié)劑噴射和其他技術(shù)的合計(jì)份額約為7％。

根據(jù)AMPOWER對供應(yīng)商的預(yù)計(jì)，未來5年，選區(qū)激光熔化金屬3D打印系統(tǒng)設(shè)備的收入市場份額將下降至63％ 。DED定向能量沉積技術(shù)供應(yīng)商的市場份額將增長到11.1％。基于燒結(jié)的Metal FDM和Binder Jetting設(shè)備預(yù)計(jì)在2024年將從5％增長到13％。

根據(jù)AMPOWER的預(yù)測，間接金屬3D打印市場方面，圍繞脫脂和燒結(jié)工藝建立生產(chǎn)流程解決方案對于這些技術(shù)的成功至關(guān)重要。預(yù)計(jì)到2024年，CAGR每年將預(yù)計(jì)在增長85.7％的水平。

★L(fēng)B-PBF選區(qū)激光熔化金屬3D打印工藝是領(lǐng)先的金屬增材制造技術(shù)

LB-PBF選區(qū)激光熔化金屬3D打印工藝憑借數(shù)千臺已安裝的系統(tǒng)基礎(chǔ)，該技術(shù)現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用，并已在生產(chǎn)中的許多應(yīng)用中使用。

LB-PBF技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是所得零件的良好機(jī)械性能、高密度和高分辨率。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種可用的金屬合金中，可實(shí)現(xiàn)高度的設(shè)計(jì)自由度。通過接近最終形狀的生產(chǎn)和未熔化粉末的回收，減少了廢料。

但是由于在冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)部殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致零件變形或破裂，因此構(gòu)成了限制。在構(gòu)建過程結(jié)束后，還需要去除支撐結(jié)構(gòu)以消除這種應(yīng)力。此外，相對粗糙的表面通常需要幾個(gè)后處理步驟。設(shè)備系統(tǒng)以及原料的投資成本相當(dāng)高，可能會(huì)限制當(dāng)前潛在的市場發(fā)展空間。

當(dāng)前，LB-PBF獲得廣泛使用的主要挑戰(zhàn)與局限性在于加工速度低，材料和系統(tǒng)成本高導(dǎo)致的高成本。當(dāng)今許多即將出現(xiàn)的金屬增材制造技術(shù)聲稱主要通過引入更高的處理速度和使用低成本的原料來解決該問題。

★DED和WAAM可實(shí)現(xiàn)毛坯的高沉積速率

激光金屬沉積（LMD），是一種使用了多年的焊接技術(shù)。按照激光熔覆的材料類型和材料與激光束的耦合形式，可將常見的激光熔覆技術(shù)分為超高速激光熔覆技術(shù)EHLA、高速絲材激光熔覆技術(shù)、同軸送粉激光熔覆技術(shù)、旁軸送粉激光熔覆技術(shù)。近年，該技術(shù)被系統(tǒng)集成商和現(xiàn)成的系統(tǒng)提供商稱作增材制造技術(shù)。

粉末激光沉積是一種焊接技術(shù)，其中激光在金屬零件的表面上形成熔池。高的材料利用率、較短的制造周期且能兼顧復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和很高的力學(xué)性能，又可實(shí)現(xiàn)多種材料任意復(fù)合滿足對構(gòu)件各部位性能要求顯著不同的場合，對急需解決的研制任務(wù)又能快速響應(yīng)。DED技術(shù)的典型特點(diǎn)是材料的高沉積速率，該沉積速率可局部應(yīng)用以形成接近最終形狀的毛坯。

諸如MIG，MAG和TIG焊接之類的焊接工藝，由于其簡單性和低成本的輸入材料，這些技術(shù)有望以非常低的成本實(shí)現(xiàn)很高的構(gòu)建速度。但是，為了獲得增材制造所要求的全部靈活性，仍然需要在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備方面進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)。

金屬絲電弧和金屬絲等離子弧沉積屬于直接能量沉積工藝，基于傳統(tǒng)的基于金屬絲的焊接，例如MIG，MAG，TIG和等離子焊接。對于電弧沉積，可以使用現(xiàn)有的現(xiàn)成焊接設(shè)備。焊接功率是由電弧或等離子弧決定的，電弧熔化原料以形成焊縫。用常規(guī)的送絲系統(tǒng)將焊絲送入工作區(qū)。焊炬的運(yùn)動(dòng)可以通過機(jī)器人系統(tǒng)或龍門系統(tǒng)來提供。金屬絲電弧沉積技術(shù)在DED技術(shù)組中具有相對較高的材料沉積速率。

★處于工業(yè)化邊緣的金屬增材制造技術(shù)

雖然根據(jù)每家設(shè)備廠商的宣傳，似乎給人一種印象，即每種金屬增材制造技術(shù)都已準(zhǔn)備好用于大批量的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。但是，目前在18種不同的金屬增材制造技術(shù)中，只有5種被認(rèn)為可用于工業(yè)用途，還有2種技術(shù)將在2年內(nèi)達(dá)到這一成熟狀態(tài)。AMPOWER引入了工業(yè)成熟指數(shù)以評估工業(yè)化水平，其中包括對技術(shù)和工業(yè)用途的現(xiàn)狀進(jìn)行評估。

本文轉(zhuǎn)自3D 科學(xué)谷