2017年3D打印行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的六大方向

轉(zhuǎn)折總是毫無聲息的突然降臨,，南極熊在過年時看到的新聞無疑就是特朗普一上任簽署的移民和難民的行政命令,，也有人說特朗普將用生意人的目標(biāo)導(dǎo)向,，雷厲風(fēng)行的方式為美國爭取到更大的利益。世界有時候真是看似這么荒謬又存在其中的邏輯和規(guī)律,，而對于3D打印行業(yè)來說,，我們深感幸運的是行業(yè)的發(fā)展不像政治形式這樣會一夜之間畫風(fēng)180度突變，而是我們可以從發(fā)生的事情中尋找將要“突入一夜春風(fēng)來,，千樹萬樹梨花開”的跡象,，從而更好的抓住其中的節(jié)拍與機會。

超材料

歐盟在其增材制作發(fā)展路線圖中曾提出重點支持生物材料,、超導(dǎo)材料,、新磁性材料、高性能金屬合金,、非晶態(tài)金屬,、復(fù)合高溫陶瓷材料、金屬有機骨架,、納米顆粒和納米纖維材料,。

美國國家創(chuàng)新中心America Makes制定的增材制造材料材料重點領(lǐng)域目標(biāo)則是建立材料知識的體系，為增材制造材料建立基準(zhǔn)特性數(shù)據(jù),，包括創(chuàng)建一個范式轉(zhuǎn)變,，從控制過程參數(shù)來“建立”微觀結(jié)構(gòu)，而不是控制底層物理學(xué)上的微觀尺度,，以實現(xiàn)一致的可重復(fù)性的微觀結(jié)構(gòu),，從而“設(shè)計”材料屬性。

我國根據(jù)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》的引導(dǎo),，在依托高校,、科研機構(gòu)開展增材制造專用材料特性研究與設(shè)計。

當(dāng)前增材制造領(lǐng)域,，我國在從事更多的基礎(chǔ)與應(yīng)用層面建設(shè),，歐洲在進行前沿領(lǐng)域的探索，美國試圖通過其最擅長的數(shù)據(jù)分析與軟件能力打造共性的體系,。當(dāng)然,，這其中還有很多共同的工作是各個國家都在積極布局,。包括高溫合金這一必須的戰(zhàn)略領(lǐng)域，國內(nèi)四川天塬增材制造,，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所,，南京航空航天大學(xué)，西安鉑力特,，江西理工大學(xué),，廣東華科新材料研究院，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院,，湖南頂立科技,，航星利華(北京)科技，中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院等,。

在基礎(chǔ)性的材料建設(shè)的基礎(chǔ),，編程材料成為下一個搶占的戰(zhàn)略制高點。超材料是指材料的設(shè)計表現(xiàn)出不同尋常的特性,，是具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料,。迄今發(fā)展出的“超材料”包括：”左手材料”、”光子晶體”,、”超磁性材料”等,。

哈佛的研究人員嘗試通過建立一個基礎(chǔ)設(shè)計框架軟件，從而實現(xiàn)幾何形狀和幾個功能之間切換,，并不限制打印尺寸,，可以從米級到納米尺度的應(yīng)用，從減震建筑材料升級到光子晶體的超材料結(jié)構(gòu),。

超材料領(lǐng)域,，我國東南大學(xué)，中國人民解放軍空軍工程大學(xué),，西安交通大學(xué),，北京交通大學(xué)等多有研究。隨著哈佛大學(xué)通過軟件來解決基礎(chǔ)建模問題,，超材料或借助3D打印“滲入”特殊材料領(lǐng)域,，使得超材料成為尋常可見的材料,。

電子結(jié)構(gòu)件
電子產(chǎn)品制造中的電氣互聯(lián)技術(shù),，已經(jīng)由以表面組裝技術(shù)、微組裝技術(shù),、立體組裝技術(shù),、高密度組裝技術(shù)等技術(shù)為標(biāo)志的發(fā)展時期，逐步進入了以光電互聯(lián),、綠色組裝,、結(jié)構(gòu)功能組件互聯(lián)、多介質(zhì)復(fù)雜組件互聯(lián)等技術(shù)為標(biāo)志的新技術(shù)發(fā)展時期,。為保證各類新型電路組件/模塊的電氣互聯(lián)品質(zhì)和效率,，電子行業(yè)對與這些要求相適應(yīng)的新工藝、新方法提出需求,。而3D打印的制造過程快速,、結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜性無限制等技術(shù)特性，尤其適用于電子產(chǎn)品的單件,、多品種小批量研制,，以及采用傳統(tǒng)制造方式難以實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品的開發(fā)。

在結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域,，美國Optomec公司通過氣溶膠噴射3D打印技術(shù)已被應(yīng)用在小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中,，使用該技術(shù)3D打印的曲面共形天線或在眼鏡上直接印制AR電子設(shè)備就是其中頗具代表性的應(yīng)用。

在這一領(lǐng)域活躍著大量的高科技企業(yè),，包括哈佛大學(xué)創(chuàng)業(yè)企業(yè)Voxel 8,，被GE和歐特克投資的Optomec，麻省理工的MultiFab,，CC3D,，Nano Dimension等等。在我國,，西安交通大學(xué)通過一種導(dǎo)線與基體同步打印的3D打印技術(shù)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品三維空間的任意排布,。

更精細(xì)的質(zhì)量檢測
3D打印制品在制備和使用過程中，某些缺陷的產(chǎn)生和擴展幾乎是無法避免的,。在金屬融化過程中,，每個激光點創(chuàng)建了一個微型熔池，從粉末融化到冷卻成為固體結(jié)構(gòu),，光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小,，從而影響著零件的微晶結(jié)構(gòu)。

對于金屬增材制造的復(fù)雜性可以區(qū)分為五個層面：1簡單的零件,、2優(yōu)化的零件,、3帶有嵌入式設(shè)計的零件、4為增材制造設(shè)計的零件,、5復(fù)雜的胞元結(jié)構(gòu)零件,。

對于復(fù)雜的3D打印產(chǎn)品的檢測，國外各大科研機構(gòu)和例如GE這樣的企業(yè)開始采用X射線顯微CT（X-ray Micro CT）作為檢測手段,。這一趨勢將在2017得以強化,。

3D打印占主角的航天
2017年新年伊始，1月17日GE獲得批準(zhǔn)的專利中,，公開了用于制造渦輪機部件上的應(yīng)變傳感器的方法,。緊接著,，GE于1月24日又獲批專利，內(nèi)容包括燃料噴射器主體和冷卻系統(tǒng)的制造技術(shù),。如果說3D打印在航空領(lǐng)域越來越彰顯重要性,，那么在航天領(lǐng)域，3D打印技術(shù)已然成為“頂梁柱”,。

NASA認(rèn)為3D打印在制造液態(tài)氫火箭發(fā)動機方面頗具潛力,，NASA的AMDE-Additive Manufacturing Demonstrator Engine增材制造驗證機項目在3年內(nèi)，團隊通過增材制造出100多個零件,，并設(shè)計了一個可以通過3D打印來完成的發(fā)動機原型,。而通過3D打印，零件的數(shù)量可以減少80%,，并且僅僅需要30處焊接,。

　　SpaceX、Blue Origin,、馬歇爾太空飛行中心,，Aerojet Rocketdyne，以及Rocket Lab在2016年再一次證明,，3D打印不僅將提升火箭發(fā)射設(shè)備的性能,，更能降低火箭發(fā)射的成本。

企業(yè)內(nèi)部生態(tài)圈
GE本身是3D打印的下游應(yīng)用企業(yè),，而收購了Arcam,，Concept Laser以后，GE成為其上游3D打印設(shè)備廠商中的一員,。并提出將在2到3年內(nèi)提高3D打印的速度,，在更長遠(yuǎn)的時間內(nèi)，GE希望達(dá)到現(xiàn)在速度的100倍,。通過GE下游業(yè)務(wù)部門的應(yīng)用發(fā)展需求,，不斷反哺GE上游設(shè)備的研發(fā)，無論是資金方面還是know-how方面,，其收購的設(shè)備品牌都獲取了其他企業(yè)難以獲得的優(yōu)勢,。無獨有偶，米其林也宣布將其與法孚合作的金屬打印技術(shù)用于更好的輪胎模具生產(chǎn),。

而美鋁也宣布將3D打印業(yè)務(wù)從粉末到打印服務(wù)單獨成立一家公司Arconic,，Arconic公司可以為用戶提供從航空技術(shù)到金屬粉末生產(chǎn)乃至產(chǎn)品認(rèn)證的專業(yè)服務(wù)。依靠美鋁公司的技術(shù)實力,，Arconic在傳統(tǒng)金屬制造技術(shù)和3D打印領(lǐng)域都將成為獨具實力的強勢品牌,。

另外一家公司，GKN圍繞著強大的航空航天業(yè)務(wù)與動力車輛業(yè)務(wù)版圖,，GKN打造了三個增材制造卓越中心：GKN美國辛辛那提增材制造卓越中心,，GKN瑞典Trollh?tten增材制造卓越中心,，GKN英國Filton增材制造卓越中心。企業(yè)內(nèi)部生態(tài)圈將成為3D打印的一大趨勢,，3D打印的競爭將升級為研發(fā),、市場營銷、產(chǎn)業(yè)鏈,、商業(yè)模式全方位的競爭。

金屬性能的塑料
說到塑料正在變得更加具工程性能,，Evonik最近推出VESTOSINT 3D Z2773材料,，這種材料是使用惠普多射流融合3D打印機開發(fā)的第一個新的塑料粉末。新的PA-12粉末具有優(yōu)異的力學(xué)性能,，并且通過美國FDA（食品和藥物管理局）標(biāo)準(zhǔn),，所以用這種材料制造出來的組件可以用于食品接觸。

Solvay-蘇威以其先進的輕量化解決方案以塑料取代部分金屬為目標(biāo),。Solvay先是在法國里昂成立技術(shù)中心,，研究和生產(chǎn)Sinterline Technyl，又在美國格魯吉亞州的Alpharetta開辟了一個新的實驗室用于增材制造先進材料的研究,。

意大利的CRP Technology,，圍繞著聚酰胺材料，CRP Technology的尼龍增強材料獨具特色,，其中Windform玻璃纖維增強聚酰胺材料,，具有良好的拉伸強度，也可以被CNC數(shù)控加工,，并且還是非導(dǎo)電材料,。

牛津性能材料（OPM）已被選定為波音CST-100火箭飛船提供3D打印的結(jié)構(gòu)件，OPM已經(jīng)開始出貨OXFAB材料打印的零部件,，拉開了高性能塑料材料代替輕質(zhì)金屬的一個新篇章,。

威格斯正帶領(lǐng)由多家公司和機構(gòu)組成的聯(lián)盟，投身于3D打印(增材制造或AM)創(chuàng)新,。作為其關(guān)鍵角色的一部分,，威格斯將以專用于增材制造工藝的新型化學(xué)配方設(shè)計為基礎(chǔ)，開發(fā)高性能聚芳醚酮(PAEK)聚合物新牌號,。

從金屬到高性能材料的轉(zhuǎn)換目前是航空航天市場的一個既定趨勢,，塑料成為追求設(shè)計自由度、制造便利性和輕質(zhì)以超越傳統(tǒng)鋁材的方案,，這一趨勢將在2017得到加強,。

來源：3d科學(xué)谷