3D打印技术及未来前景介绍(很多人看好这个行业)(5)
2023-05-15 来源:文库网
2.3.1 航空航天领域应用发展方兴未艾
金属 3D 打印在航空航天&军工领域增长潜力较高。航空工业中应用的原材料多 为钛合金、铝锂合金、超高强度钢、高温合金等材料，普遍具有强度高、化学性质稳 定、不易成型加工等特点，传统工艺在加工这些金属时面临较高的技术壁垒。金属 3D 打印的快速发展为航天军工业带来新的发展思路，SLM、EBM 和 LENS 等金属 3D 打印 工艺广泛应用于航空航天领域，极大的促进了航空航天结构设计的灵活性，实现了由 “制造约束设计”向“功能引领设计”的根本转变。同时，由于航空航天领域价格敏 感度较低的特性，使得 3D 打印在领域率先发展。 多重优势助力金属 3D 打印在航空航天领域快速发展。金属 3D 打印在航空航天 领域应用中的优势涵盖四个方面：一是复杂结构设计得以实现，即可生产传统工艺较 难生产的复杂结构，又可通过复合材料使零件不同部位具备不同性能，在我国传统锻 造、铸造技术相对落后于欧美的背景下，这一优势重要性凸显，或可通过 3D 打印技 术实现高端制造业的“弯道超车”;二是缩短研发周期，无需制造生产模具，且节约 了研发过程中纠错、修改、优化的时间;三是优化零部件性能，通过中空夹层、一体 化结构、镂空点阵结构和异形拓扑优化结构，实现轻量化，减少应力集中的同时增加 使用寿命;四是可提高材料的利用率，降低制造成本。
欧美国家在航空航天领域中应用金属3D打印的案例相对较多。航空航天领域SLM 是最常选择的工艺类型。受益于发展历史久，技术相对成熟，欧美国家在 SLM 的设备 研发、软件开发、粉末原材料制备、工艺优化及质量监测等方面处于领先地位。当前 以美国为首的发达经济体应用案例相对较多，逐渐由研发试验转向规模化应用阶段。 我国应用案例主要来源于以铂力特为首的工业级金属 3D 打印龙头。铂力特招股 说明书中显示，公司 3D 打印零部件产品批量装机应用于国家重点型号工程的研制， 具体包括 7 个飞机型号、4 个无人机型号、7 个航空发动机型号、2 个火箭型号、3 个 卫星型号、5 个导弹型号等，在大飞机、先进战机、无人机、高推比航空发动机、新 型导弹的研发、生产环节中均有应用。最为代表性的应用案例包括国内参与 C919 大 飞机研发，国外参与空客 A350 飞机大型精密件的研发和制造。
我国金属 3D 打印未来发展潜力或将来源于需求扩容。一方面来自需求市场整体 增量，随 C919 国产大飞机取得型号合格证并投入商业运营，根据《中国商飞公司市 场预测年报(2021-2040)》，C919 的成功交付标志着未来有望开拓万亿级民航市场。 铂力特利用 LENS 技术生产 C919 钛合金翼缘条，证实了我国在 3D 打印方面的技术突 破和应用价值。未来 3D 打印在加工复杂金属结构件和机务维修方面都存在潜在应用 场景。另一方面则来自于制造业存量市场空间中，传统制造业向高端制造业转变带来 的需求。我国在传统制造业中的锻造、铸造等方面相对落后于欧美国家，相同质量的 零部件我国在生产方面可能面临更贵、更难制造的劣势，在同样是成本、需求驱动的 市场中，未来我国由传统制造业向 3D 打印领域过渡将更为顺滑，在国产替代背景下， 金属 3D 打印的应用有望助力国产替代进程提速。
2.3.2 国内医疗领域应用较为成熟
3D 打印技术适用于小批量、定制化的产品生产，完美契合生物医疗领域的需求， 由于人体的个体差异，每名患者使用的义齿、医疗植入物、手术导板等医疗器械不尽 相同，对个性化定制的需求较高，传统工艺无法通过批量生产达到降本增效，通过 3D 打印生产医疗领域用品成为当前新的解决方案。根据 Globe Newswire 发布的《2022 年全球 3D 打印医疗器械市场分析报告》，全球 3D 打印医疗领域市场预计将从 2021 年 的 22.9 亿美元增长到 2026 年的 44.9 亿美元。
3D 打印技术在医疗领域应用可分为四个阶段。第一阶段是打印模型模具，使用 无生物相容性材料，即不会直接与人体细胞接触或产生反应的材料，这一阶段上游可 选材料充分，多用于制造医疗模型、手术导板等;第二阶段是打印人体内置用品，使用具有生物相容性但非降解材料，上游选材以钛合金、钴铬合金等材料为主，多用于 制造骨科、齿科领域的人体植入物;第三阶段是打印人体组织，使用具有生物相容性、 可降解的材料，打印肌肉、软骨组织、皮肤等，在植入后缓慢降解并让位给人体自身 生长的活性组织;第四阶段是打印内脏器官，结合细胞、细胞外基质、蛋白等生长因 子打印可运行的人体器官，例如肝脏、心脏、血管等。目前 3D 打印广泛应用于第一 和第二阶段，常用于齿科、骨科和康复辅助器械等领域。
金属 3D 打印在航空航天&军工领域增长潜力较高。航空工业中应用的原材料多 为钛合金、铝锂合金、超高强度钢、高温合金等材料，普遍具有强度高、化学性质稳 定、不易成型加工等特点，传统工艺在加工这些金属时面临较高的技术壁垒。金属 3D 打印的快速发展为航天军工业带来新的发展思路，SLM、EBM 和 LENS 等金属 3D 打印 工艺广泛应用于航空航天领域，极大的促进了航空航天结构设计的灵活性，实现了由 “制造约束设计”向“功能引领设计”的根本转变。同时，由于航空航天领域价格敏 感度较低的特性，使得 3D 打印在领域率先发展。 多重优势助力金属 3D 打印在航空航天领域快速发展。金属 3D 打印在航空航天 领域应用中的优势涵盖四个方面：一是复杂结构设计得以实现，即可生产传统工艺较 难生产的复杂结构，又可通过复合材料使零件不同部位具备不同性能，在我国传统锻 造、铸造技术相对落后于欧美的背景下，这一优势重要性凸显，或可通过 3D 打印技 术实现高端制造业的“弯道超车”;二是缩短研发周期，无需制造生产模具，且节约 了研发过程中纠错、修改、优化的时间;三是优化零部件性能，通过中空夹层、一体 化结构、镂空点阵结构和异形拓扑优化结构，实现轻量化，减少应力集中的同时增加 使用寿命;四是可提高材料的利用率，降低制造成本。
欧美国家在航空航天领域中应用金属3D打印的案例相对较多。航空航天领域SLM 是最常选择的工艺类型。受益于发展历史久，技术相对成熟，欧美国家在 SLM 的设备 研发、软件开发、粉末原材料制备、工艺优化及质量监测等方面处于领先地位。当前 以美国为首的发达经济体应用案例相对较多，逐渐由研发试验转向规模化应用阶段。 我国应用案例主要来源于以铂力特为首的工业级金属 3D 打印龙头。铂力特招股 说明书中显示，公司 3D 打印零部件产品批量装机应用于国家重点型号工程的研制， 具体包括 7 个飞机型号、4 个无人机型号、7 个航空发动机型号、2 个火箭型号、3 个 卫星型号、5 个导弹型号等，在大飞机、先进战机、无人机、高推比航空发动机、新 型导弹的研发、生产环节中均有应用。最为代表性的应用案例包括国内参与 C919 大 飞机研发，国外参与空客 A350 飞机大型精密件的研发和制造。
我国金属 3D 打印未来发展潜力或将来源于需求扩容。一方面来自需求市场整体 增量，随 C919 国产大飞机取得型号合格证并投入商业运营，根据《中国商飞公司市 场预测年报(2021-2040)》，C919 的成功交付标志着未来有望开拓万亿级民航市场。 铂力特利用 LENS 技术生产 C919 钛合金翼缘条，证实了我国在 3D 打印方面的技术突 破和应用价值。未来 3D 打印在加工复杂金属结构件和机务维修方面都存在潜在应用 场景。另一方面则来自于制造业存量市场空间中，传统制造业向高端制造业转变带来 的需求。我国在传统制造业中的锻造、铸造等方面相对落后于欧美国家，相同质量的 零部件我国在生产方面可能面临更贵、更难制造的劣势，在同样是成本、需求驱动的 市场中，未来我国由传统制造业向 3D 打印领域过渡将更为顺滑，在国产替代背景下， 金属 3D 打印的应用有望助力国产替代进程提速。
2.3.2 国内医疗领域应用较为成熟
3D 打印技术适用于小批量、定制化的产品生产，完美契合生物医疗领域的需求， 由于人体的个体差异，每名患者使用的义齿、医疗植入物、手术导板等医疗器械不尽 相同，对个性化定制的需求较高，传统工艺无法通过批量生产达到降本增效，通过 3D 打印生产医疗领域用品成为当前新的解决方案。根据 Globe Newswire 发布的《2022 年全球 3D 打印医疗器械市场分析报告》，全球 3D 打印医疗领域市场预计将从 2021 年 的 22.9 亿美元增长到 2026 年的 44.9 亿美元。
3D 打印技术在医疗领域应用可分为四个阶段。第一阶段是打印模型模具，使用 无生物相容性材料，即不会直接与人体细胞接触或产生反应的材料，这一阶段上游可 选材料充分，多用于制造医疗模型、手术导板等;第二阶段是打印人体内置用品，使用具有生物相容性但非降解材料，上游选材以钛合金、钴铬合金等材料为主，多用于 制造骨科、齿科领域的人体植入物;第三阶段是打印人体组织，使用具有生物相容性、 可降解的材料，打印肌肉、软骨组织、皮肤等，在植入后缓慢降解并让位给人体自身 生长的活性组织;第四阶段是打印内脏器官，结合细胞、细胞外基质、蛋白等生长因 子打印可运行的人体器官，例如肝脏、心脏、血管等。目前 3D 打印广泛应用于第一 和第二阶段，常用于齿科、骨科和康复辅助器械等领域。
