這一局面正被逐漸打破，受益于基礎研究的沉淀以及科研成果轉化，國內高性能金屬粉末材料呈現出良好的發展勢頭。

上海交大特種材料研究所增材制造團隊研發的納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料及增材制造技術，在航空航天等領域得到應用。
© 3D科學谷《3D打印與中高等教育及科研白皮書》

德國的 EOS、 TLS，瑞典的 Arcam、Hoganas、Sandvik，比利時的 Solvay 等金屬3D打印耗材供應商多數成立于2000年以前，在粉末冶金或金屬打印設備領域有較強的技術積淀。國內目前能提供高質量金屬粉末的公司包括中航邁特、飛而康、塞隆金屬、西安歐中、鉑力特以及寶航新材料、鋼研高納、頂立科技等，這些公司或相關業務多數成立于 2010 年以后，近年來發展較快。伴隨金屬 3D 打印產業化的快速推進，金屬粉末作為后市場，其需求會越來越強勁，在國家自主可控大背景下，高端金屬打印材料的短板有望彌補。

© 來源：未來智庫

尺寸：180×185×285mm；增材制造設備：BLT-S310；鉑力特TA15高溫鈦合金材料。
© 鉑力特

 由設計研發轉向直接制造，產業化需求逐步釋放

航空航天、醫療（牙科、植入物）是金屬3D打印產業化前景最明確的市場，汽車、工業機械、消 費電子市場彈性大。從目前全球的金屬3D打印設備裝機量占比來看，各個主要應用市場分布總體比較均衡，其中航空航天市場的裝機量占比相對最高，其次是醫療、牙科、工業機械、消費電子、科研機構以及汽車領域。

其中，科研機構將在未來3年對3D打印設備的需求起到重要拉動作用。根據3D科學谷全球戰略合作伙伴AMPOWER， 預計到2025年, 全球金屬3D打印設備的最大銷售收入將來自于大學與科研機構，該領域的銷售收入將超過30億元人民幣，所占銷售收入的比例將從2020年的9%增長至2025年的15%。

航空航天、工業機械、消費電子、汽車等領域存在一定的規模化需求，尤其是這些板塊本身產值大且尚處于3D打印的應用初期，未來具備較高的增長彈性。IDTechEx 預測到 2028 年，金屬3D打印市場全球規模有望達到120億美元，其中航空航天由于兼具需求確定性和規�；�生產要求，有望成為增長最快且規模最大的應用領域。

根據AMPower的報告，金屬3D打印系統在商用航空、燃氣輪機領域的占比為8%，航天、軍工領域的占比15%，共計23%。

l 航空航天：應用契合度高，兼具確定性與規�；�需求

航空航天工業市場需求潛力大，增長確定性高。航空航天是金屬3D打印技術應用的主要推動者，行業對增材制造接受程度高，已經具備較大的產業規模，目前正在從原型設計往直接制造發展。據 Wohlers 曾對全球82家服務提供商和 28 家系統制造商統計數據顯示，零部件直接制造占其營業收入的比例逐年提升。

作為傳統鍛造技術的有力補充，金屬3D打印存在替代潛力，傳統鍛造技術難以做到飛機結構件一體化制造、重大裝備大型鍛件制造、難加工材料及零件的成型、高端零部件的修復等，3D打印可以有效減輕結構重量、提高制造效率、降低生產成本，因此非常契合航空航產業的需求。當前，航空航天零部件產業產值規模超過 1,500 億美元，其中3D打印市場規模約 17.6億美元，份額占比尚不足1.2%，未來市場空間巨大。據Research and Markets預測，2017-2021 期間全球商用航空3D打印市場將以 23％的復合年增長率增長。

© 來源：未來智庫

航空航天領域金屬3D打印應用于直接制造的優勢在于：

1) 縮短新型航空航天裝備及零部件的研發周期：金屬3D打印無需研發零件制造過程中使用的模具，讓高性能金屬零部件，尤其是高性能大結構件的研發、制造流程大為縮短。一些需要單件定制的復雜部件用傳統工藝制作的周期過長，打印工藝制造速度快，成形后的近形件僅需少量后續機加工，可以顯著縮短零部件的生產周期。美國宇航局馬歇爾太空飛行中心通過3D 打印制作火箭噴射器，制造時間明顯縮短，僅花了 4 個月的時間，成本削減了大約 70%。

© 3D科學谷《3D打印與航天研發及制造業白皮書》

2) 復雜結構設計得以實現：金屬3D打印具有高柔性、高性能靈活制造特點，可實現靠傳統制 造難以實現的復雜幾何結構。同時，3D打印工藝能夠實現單一零件中材料成分的實時連續變化，使零件的不同部位具有不同成分和性能，是制造異質材料（如功能梯度材料、復合材料等）的最佳工藝，這大幅提升了航空航天業的設計和創新能力。

3) 滿足輕量化需求，減少應力集中，增加使用壽命：金屬3D打印技術的應用可以優化復雜零部件的結構，在保證性能的前提下，將復雜結構經變換重新設計成簡單結構，從而起到減輕重量的效果。而且通過優化零件結構，能使零件的應力呈現出最合理化的分布，減少疲勞裂 紋產生的危險，從而增加使用壽命�？湛� A320 一個3D 打印活頁零件就可以減重10公斤左 右，F16 戰機 3D 技術制造的起落架平均壽命是原來的 2.5 倍。

4) 提高材料的利用率，降低制造成本：加工一個發動機葉盤，傳統工藝制造屬于“雕刻”，最 終材料的利用率只有 7%。但是采用 3D 打印技術能提高材料的利用率到 60%，甚至到 90%以上，航空航天制造領域大多使用價格昂貴的戰略材料，比如像鈦合金、鎳基高溫合金等金屬材料，3D打印技術可以節省昂貴原材料，顯著降低制造成本。韓國空軍利用3D打印技術制造其 F-15K 戰斗機噴氣發動機的高壓渦輪機蓋板，將成本從 4000 萬韓元（3.4 萬美元）減 少到 300 萬韓元，還將歐洲制造的運輸機揚聲器罩的制造成本從 621 美元降低至 35 美元。

© 來源：未來智庫

金屬增材制造技術可以有效解決鈦合金、鎳基高溫合金等難加工金屬的制備問題。隨著軍民用飛機性能的不斷提升，機體結構鈦合金用量也持續提升，民機由不到 4%上升到接近 10%，殲擊機由 F-16 的3%增加到了 F/A-18 的 15%以及 F-22 的鈦合金的 41%。但受鈦合金難熔難加工的影響， 傳統“鍛造+機械”的制造工藝不僅制造工序繁多、工藝復雜，而且需要大型鈦合金真空鑄錠爐、萬噸級以上液壓鍛造機等重型裝備，零件機械加工余量大、材料利用率低、制造成本高、生產周期長，嚴重制約了大型鈦合金結構件在先進工業及國防裝備中的廣泛應用。發動機鎳基高溫合金則存在傳統工藝一致性差、加工時長、修復困難等問題，3D打印憑借其自動化、無�；�、增材制造的工藝特點，可以有效解決上述制備難題，有望成為航空航天產業未來主流的金屬加工制造方式。

GF 加工方案衛星支架批量生產完整增材制造解決方案

© 3D科學谷《3D打印與航天研發及制造業白皮書》

     國際上金屬增材制造在航空航天領域已逐步轉入規模化應用階段。波音公司截至 2018 年底已在16架商用和軍用飛機上安裝了數萬個增材制造零件（包括 200 個非金屬零件），并開始生產鈦合金增材制造零件，預計投入后將使每架飛機最高節省 300 萬美元；空客公司在其飛機上使用金屬增材制造的支架和排氣管，目前正與Arconic 合作量產大型增材制造機身組件，2017 年 9 月首次在商用飛機上安裝鈦合金制造的支架。GE 目前已有 800 多臺3D打印機正在使用，每年使用金屬增材為其新型 LEAP 發動機制造數千個燃料噴嘴。

(責任編輯：admin)

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