比航天最強合金強50%！3D打印鈦結構展現超自然力量【附3D打印技術(shù)賽道觀(guān)察圖譜】
瞻觀(guān)前沿
3D打印的“超材料”具有自然界或制造業(yè)中不常見(jiàn)的強度/重量水平，它可能會(huì )改變我們制造從醫療植入物到飛機或火箭部件等各種物品的方式打印?；始夷珷柋纠砉ご髮W(xué)(簡(jiǎn)稱(chēng)RMIT)的研究人員用普通的鈦合金創(chuàng )造了這種新的超材料，該術(shù)語(yǔ)用于描述具有自然界中未觀(guān)察到的獨特性能的人造材料。但正是該材料獨特的晶格結構設計最近在《先進(jìn)材料》雜志上披露使它變得非常不常見(jiàn)：測試表明，它比航空航天應用中使用的類(lèi)似密度的下一個(gè)最強合金強50%。
通過(guò)將3D打印設計推向極限，RMIT團隊優(yōu)化了一種新型的晶格結構，以更均勻地分布應力，提高其強度或結構效率打印。RMIT的杰出教授Ma Qian說(shuō)：“我們設計了一種中空的管狀晶格結構，內部有一條細帶。這兩種元素結合在一起，展現出前所未有的力量和輕盈。通過(guò)有效地合并兩個(gè)互補的晶格結構以均勻分布應力，我們避免了應力通常集中的弱點(diǎn)”。
該團隊在RMIT先進(jìn)制造區使用激光粉末床融合工藝3D打印了該設計，即使用高功率激光束將金屬粉末層熔化到位打印。測試表明，打印的設計(鈦晶格立方體)比鑄造鎂合金WE54強50%，WE54是航空航天應用中使用的類(lèi)似密度的最強合金。新結構有效地將集中在晶格臭名昭著(zhù)的弱點(diǎn)上的應力減半。雙晶格設計還意味著(zhù)任何裂紋都會(huì )沿著(zhù)結構偏轉，進(jìn)一步增強韌性。
研究主要作者、皇家墨爾本理工大學(xué)博士候選人喬丹·諾羅尼亞 (Jordan Noronha) 表示，他們可以使用不同類(lèi)型的打印機制造出幾毫米或幾米大小的結構打印。這種可印刷性及其強度、生物相容性、耐腐蝕性和耐熱性使其成為許多應用的有前途的候選者，從骨植入物等醫療設備到飛機或火箭零件。
該團隊計劃進(jìn)一步改進(jìn)該材料以實(shí)現最大效率，并探索在更高溫度環(huán)境中的應用打印。雖然目前可耐受高達 350 °C 的溫度，但他們相信使用更耐熱的鈦合金可以使其耐受高達 *00 °C 的溫度，用于航空航天或消防無(wú)人機。由于制造這種新材料的技術(shù)尚未廣泛應用，其在行業(yè)中的采用可能需要一些時(shí)間。
圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)
技術(shù)價(jià)值觀(guān)察
3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的上游為原材料及基礎配件，原材料分為金屬專(zhuān)用材料及非金屬專(zhuān)用材料兩大類(lèi)，是基礎配件及3D打印耗材的原材料打印。中游為3D打印耗材(金屬粉末、光敏樹(shù)脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印設備的研發(fā)制造;下游為3D打印服務(wù)及應用，3D打印主要應用場(chǎng)景于航空航天、模具鑄造、生物醫療、汽車(chē)、軍工等領(lǐng)域。
皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員用普通的鈦合金，融合工藝3D打印的設計(鈦晶格立方體)創(chuàng )造新的超材料打印。因此，從3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節，對原材料產(chǎn)生較大影響。
宏觀(guān)市場(chǎng)觀(guān)察
——3D打印行業(yè)仍舊處于成長(cháng)階段
依托行業(yè)不同生命階段關(guān)鍵因素的發(fā)展特征對行業(yè)的成熟度進(jìn)行綜合判定和分析，目前全球3D打印行業(yè)處在行業(yè)成長(cháng)中期打印。3D打印起源于19世紀末的美國，由美國研究的照相雕塑和地貌成型技術(shù)開(kāi)創(chuàng )了的3D打印核心思想，19**年，世界上第一家生產(chǎn)3D打印設備的公司3D Systems成立，自此，美國開(kāi)始涌現出多家3D打印公司。
據Wholers數據，3D打印自誕生30多年以來(lái)，該領(lǐng)域包括設備、材料和服務(wù)在內的全球收入平均年增長(cháng)率為2*.1%，并有23年以?xún)晌粩档乃俣仍鲩L(cháng)打印。這個(gè)行業(yè)具有巨大的未開(kāi)發(fā)潛力，因受疫情影響，2020年3D打印市場(chǎng)發(fā)展雖然放緩，但仍然保持了正向增長(cháng)。從技術(shù)的角度來(lái)看，3D打印經(jīng)歷過(guò)產(chǎn)品新、質(zhì)量差，專(zhuān)攻研發(fā)與技術(shù)改進(jìn)的“負盈利”導入期，目前部分技術(shù)較為成熟、銷(xiāo)量開(kāi)始攀升、市場(chǎng)份額不斷擴大、競爭者不斷涌入，符合成長(cháng)期的特征。在未來(lái)還將有一段較長(cháng)的成長(cháng)期，最終過(guò)渡到成熟期，達到最高的產(chǎn)值和利潤總量。
——全球3D打印市場(chǎng)美國獨占1/3
作為3D打印起步較晚的中國，近幾年，抓緊自主創(chuàng )新和研發(fā)，雖然和國外的技術(shù)還有一定差距，但也一步步朝著(zhù)精細化和專(zhuān)業(yè)發(fā)展打印。當然，國內巨大的市場(chǎng)潛能，也吸引了不少?lài)?D打印行業(yè)巨頭的目光和投資，進(jìn)一步推動(dòng)了中國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
——市場(chǎng)規模及預測：全球3D打印市場(chǎng)未來(lái)增速達到20%以上的高水平
根據全球知名3D打印制造平臺3D Hubs數據，2020年全球3D打印產(chǎn)品及服務(wù)市場(chǎng)規模約為12*億美元打印。同時(shí)，3D Hubs預測2020-2023年全球3D打印市場(chǎng)增速達到17%;2023-2025年達到最高23.7%;2025-202*年達到20.4%，到202*年，全球3D打印市場(chǎng)規模將超過(guò)370億美元。
——打印我國3D打印市場(chǎng)規模超200億元
2017-2020年，我國3D打印產(chǎn)業(yè)規模逐年增加，增加速度要略快于全球整體增速，以致于我國3D產(chǎn)業(yè)占全球的比重在不斷增加打印。根據2020年3月賽迪顧問(wèn)發(fā)布的《2019年全球及中國3D打印行業(yè)數據》，2019年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規模為157.5億元，同比增加31.1%。經(jīng)初步統計，2020年中國3D打印規模突破200億元，約為20*億元。
——多數3D打印機價(jià)格在2500美元以上
3D打印機隨用途的不用價(jià)位也不同，一般商用打印機價(jià)位較高，價(jià)位為幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)不等;國內購物網(wǎng)站上已經(jīng)可以購買(mǎi)到廉價(jià)的3D打印機價(jià)格在3000至5000元不等，并配有快速入門(mén)指南、相應軟件下載、機器矯正等介紹打印。隨著(zhù)3D打印技術(shù)的應用越來(lái)越廣泛，各種耗材、打印機的價(jià)格必將呈現下降趨勢，未來(lái)3D打印機完全有可能像傳統打印機一樣，成為每家每戶(hù)都買(mǎi)得起、用得上的設備。
3DScienceValley對企業(yè)的調查顯示，中國市場(chǎng)對于高端的工業(yè)級3D打印設備采購占據主流地位，有超過(guò)44%的企業(yè)采用的10萬(wàn)美金/臺以上的工業(yè)級3D打印機打印。
——汽車(chē)、工業(yè)機械與航空航天是主要應用領(lǐng)域
3D打印應用的領(lǐng)域廣泛，3D打印在下游應用行業(yè)和具體用途領(lǐng)域的分布反映了這一技術(shù)具有的優(yōu)勢和特點(diǎn)，同時(shí)也反映了這一技術(shù)的局限和在發(fā)展過(guò)程中尚需完善的地方打印。
根據中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統計，在應用領(lǐng)域方面，由于工業(yè)機械、汽車(chē)制造、航天航空等領(lǐng)域對于構件質(zhì)量要求、定制化要求較高，因此，我國3D打印應用領(lǐng)域主要集中于工業(yè)機械、汽車(chē)制造、航天航空等領(lǐng)域，三者合計占比超過(guò)50%，其中工業(yè)領(lǐng)域應用占比20%，航空航天應用占比1*.90%，汽車(chē)領(lǐng)域應用占比1*.00%打印。
中國3D打印技術(shù)賽道熱力圖
根據前瞻產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與3D打印關(guān)鍵技術(shù)強關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華中地區，并且以廣東、湖南省為重點(diǎn)發(fā)展區域，未來(lái)布局3D打印技術(shù)及其他效果技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、華中地區優(yōu)先導入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省廣州市天河區、廣東省深圳市龍華區、湖南省長(cháng)沙市開(kāi)福區所處3D打印的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對于3D打印的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間打印。
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