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(guò)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(duì)金屬增材制造市場(chǎng)和技術(shù)的深刻見(jiàn)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(zhǎng)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(shì)，在咨詢項(xiàng)目、跨國(guó)市場(chǎng)進(jìn)入支持(中國(guó)企業(yè)進(jìn)入歐洲市場(chǎng)，歐洲企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)）等多業(yè)務(wù)領(lǐng)域展開(kāi)全面合作。除了業(yè)務(wù)合作，AMPOWER將在其系列對(duì)全球發(fā)布的市場(chǎng)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(shū)市場(chǎng)研究系列引入AMPOWER在歐洲、美國(guó)及其他區(qū)域的研究。

3D科學(xué)谷在中國(guó)市場(chǎng)建立了增材制造洞察力體系，并通過(guò)近年來(lái)的市場(chǎng)研究和分析工作推動(dòng)了中國(guó)市場(chǎng)在實(shí)施方面的進(jìn)展。作為連接增材制造領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外業(yè)內(nèi)優(yōu)質(zhì)資源的平臺(tái)，3D科學(xué)谷通過(guò)其多媒體平臺(tái)進(jìn)一步經(jīng)營(yíng)著最受推崇的市場(chǎng)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(guò)開(kāi)發(fā)和分析市場(chǎng)以及技術(shù)研究，為客戶提供戰(zhàn)略決策建議。在運(yùn)營(yíng)層面，AMPOWER通過(guò)有針對(duì)性的培訓(xùn)計(jì)劃以及適用于生產(chǎn)的組件的識(shí)別和開(kāi)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(guó)市場(chǎng)進(jìn)入支持。

變化中的金屬市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(wèn)題解決方案，需要了解所有選項(xiàng)。從應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)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(chǎng)

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(duì)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(chǎng)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(duì)供應(yīng)商的預(yù)計(jì)，未來(lái)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(chǎng)份額將下降至63％ 。DED定向能量沉積技術(shù)供應(yīng)商的市場(chǎng)份額將增長(zhǎng)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(zhǎng)到13％。

根據(jù)AMPOWER的預(yù)測(cè)，間接金屬3D打印市場(chǎng)方面，圍繞脫脂和燒結(jié)工藝建立生產(chǎn)流程解決方案對(duì)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(zhǎng)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(tái)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(chǎng)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(guò)引入更高的處理速度和使用低成本的原料來(lái)解決該問(wèn)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(jiàn)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(duì)構(gòu)件各部位性能要求顯著不同的場(chǎng)合，對(duì)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(jiǎn)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(kāi)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(duì)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(guò)機(jī)器人系統(tǒng)或龍門系統(tǒng)來(lái)提供。金屬絲電弧沉積技術(shù)在DED技術(shù)組中具有相對(duì)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(píng)估工業(yè)化水平，其中包括對(duì)技術(shù)和工業(yè)用途的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估。

本文轉(zhuǎn)自3D 科學(xué)谷