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陶瓷3D打印市场发展潜力巨大
发布:lee_9124   时间:2017/7/13 21:02:35   阅读:2148 
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据知名市场研究公司MARKETS AND MARKETS(M&M)发布的一份调查报告显示,3D打印陶瓷市场的全球规模有望从2016年的2780万美元增长至2021年的1.315亿美元,期间的复合年增长率(CAGR)将高达29.6%。该报告还显示,截至目前,3D打印陶瓷市场份额最大的地区仍是北美,并有望继续领跑;欧洲其次,而亚太地区则有望后来居上,在未来5年里坐拥全球最高的增长率。主要包含3D打印用陶瓷粉末材料市场、3D打印陶瓷产品市场和相关设备、技术市场等的陶瓷3D打印市场,发展潜力巨大。

陶瓷的应用领域非常广泛,涵盖科研、医疗、工业、建筑及首饰等,尤其是具有许多有利性能的高级陶瓷材料更是航空航天及国防等领域需要的材料,而3D打印的陶瓷产品能保证良好的表面质量及各种良好性能。近日,科技部发布的《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》指出,强化制造核心基础件和智能制造关键基础技术,在增材制造、激光制造等领域掌握一批具有自主知识产权的核心关键技术与装备产品,形成以互联网为代表的信息技术与制造业深度融合的创新发展模式,促进制造业创新发展,以推进智能制造为方向,强化制造基础能力,提高综合集成水平,促进产业转型升级,实现制造业由大变强的跨越。


应用领域不断拓展

陶瓷3D打印技术是以激光固化成型为基础的快速制造技术。专用的打印材料是由光敏树脂和陶瓷粉末混合而成,UV激光作用在打印材料上会引发内部的交联作用固化成型,然后逐层打印成型。成型的坯体经过热脱脂及高温烧结过程,形成相对密度接近100%的高强度产品,所制备的陶瓷产品的物理化学性能已经能媲美常规的注射成型或干压成型的陶瓷产品。陶瓷是一种传统的无机材料,已经有上千年的历史。但是对于3D打印领域来说,却是一个新兴的材料,由于材料本身的特点,在3D打印陶瓷材料上持观望态度的企业居多,但随着客户对产品需求量的不断增加,各公司也在不断调整相关策略,积极拓展3D打印陶瓷的应用领域。

法国3DCERAM公司整合了陶瓷3D打印技术的所有技术环节,成为世界上在陶瓷3D打印领域内唯一的集材料研发、设备制造和技术服务于一身的公司。早在十多年前,公司决定使用3D打印立体光固化技术(SLA)生产功能陶瓷。2005年,3DCERAM公司与利摩日大学Brie du CHU教授一起合作推出了3D打印陶瓷植入物。为适应不断变化的市场,公司向市场推出了首台工业级大幅面陶瓷3D打印机——CERAMAKER,分享陶瓷打印的独特经验和专业知识,同时公司的3DMIX系列打印材料的材质也在不断的丰富,从最开始的羟基磷灰石(HAP)、磷酸三钙(TCP)到氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2),以及未来还将推出的非氧化物陶瓷。近日,公司推出了小型陶瓷3D打印机Ceramaker 100。在推出小型机器之后,3DCERAM公司还将为想要构建较大部件的公司提供打印设备。

3DCERAM公司通过自己的努力,攻克技术及其他方面的困难,实现通过3D打印出的陶瓷产品性能媲美其他制造方法,真正的应用到各个行业。截至目前,公司已与工业、航空、珠宝及钟表等诸多不同领域的客户建立了良好的合作关系,为其打印陶瓷样品。

哈佛研究团队近日在陶瓷3D打印材料方面有了新进展,哈佛科学家受玻璃特性的启发,开发出一种完全不同的陶瓷成型工艺,这该种工艺使用了Lewis Lab的3D打印陶瓷泡沫油墨,可以使用于医疗、建筑等行业。据悉,该团队研发的这种3D打印陶瓷泡沫油墨和传统的陶瓷材料的重量和密度特性有很大的区别,能够制作出高硬度但非常轻的部件,而且可随机调节各部分的微观结构和孔隙率大小。该材料由氧化铝颗粒、空气和水组成,可以用于3D打印感温壁、组织支架和轻质结构。墨水固化后裔,包含着空气的陶瓷结构会呈现出不同的长度尺寸。这种特性会很大程度上提高陶瓷材料在其他行业领域的应用,并且克服了陶瓷在一些性能上的不足。

根据MARKETS AND MARKETS(M&M)的调查报告,3D打印陶瓷市场目前最大的客户群来自航空航天和国防行业,因为它们均对陶瓷制品有大量需求;其次是健康医疗领域。在这个领域中,陶瓷多被用于制造医疗产品,比如假牙、手术器械、假肢、植入物,以及组织工程产品,因为它具有十分优异的生物兼容性。随着工艺的不断创新,3D打印陶瓷的应用领域必将更加广泛。


发展瓶颈逐渐突破

相关数据显示,国内从事3D打印的企业接近200家,70%集中在桌面打印领域,而从事工业打印机生产和研发的企业有四五十家,从事金属打印的企业有三十家,从事生物打印的企业大概接近十家,从事材料打印的企业大概有二三十家。虽然在企业数量上,我国已经可以媲美国外企业,但是在综合实力方面,仍有很大的差距。

表征为既不是有机材料也不是金属材料的陶瓷对于各种结构和建筑应用均具有优异的性能:良好的耐热性,以及各种性能,例如弹性、塑性、拉伸强度、抗压强度及剪切强度等。3D打印陶瓷能省去传统手工塑型制模的整个过程,以更小的精度,完成传统陶瓷工业无法实现的三维结构,具有成型速度快,可打印复杂部件及个性化产品成本低等优点,且性能稳定,具有无菌等特点,可用于制备光线连接器用的陶瓷插针、电子陶瓷器件、多空陶瓷过滤件、陶瓷牙齿等尺寸小、形状复杂、精度高的产品。然而,陶瓷3D打印机因其精度高、技术难点多,一直鲜有国内的3D打印企业敢涉足研发,但如果从国外进口一台陶瓷3D打印机售价高达几百万元,这成为阻碍我国3D打印陶瓷市场发展的主要瓶颈。

浙江迅实科技有限公司投入上千万元研发资金,进行立项和调研,并通过由30人组成的研发团队,日夜攻克技术难题,成功研发了3D打印机的升级版——陶瓷3D打印机,填补了国内陶瓷3D打印机的空白。迅实科技自主研发的陶瓷3D打印机花费两个多小时,打印出第一个有40%陶瓷固含量的硬币大小的陶瓷齿轮工件。紧接着,迅实科技又不断在提高陶瓷固含量、陶瓷烧结等技术上突破,并申请了多件专利。

陶瓷3D打印机的研发成功,不仅大大提高原有3D打印机的附加值,也将改变陶瓷3D打印机被国外垄断的局面,让国内外专家刮目相看,广州工业大学陶瓷3D打印专家伍尙华教授更是竖起了大拇指,并与迅实科技联合开展陶瓷3D打印耗材的产学研合作。迅实科技表示,陶瓷打印的市场前景十分广阔,迅实科技将继续在技术及其他方面进行突破,希望通过陶瓷3D打印机,更多地拓展到航天、军工、机械等领域。

多年来,我国在氮化硅陶瓷、氮化硅陶瓷合金钎焊料方面开展了大量研究,所制备的部件已得到广泛应用。近日,山东工业陶瓷研究设计院有限公司承担的山东省国际科技合作项目“3D打印成型功能梯度陶瓷技术联合开发”项目,在此基础上调整材料体系、外加剂和3D打印设备软硬件系统等,完成3D打印陶瓷、陶瓷-金属成型技术研究,以形成复杂结构功能梯度结构部件的制备能力。

据悉,该项目通过国际合作,解决了陶瓷3D打印成型用树脂选型、陶瓷粉体在树脂中的分散和稳定性等问题;攻克了高固相含量、低粘度光固化陶瓷料浆制备关键技术;开发了光固化陶瓷无模成型原理样机;验证了陶瓷3D打印成型工艺路线,为陶瓷材料的3D打印成型提供了理论指导和技术储备。使我国在复杂精密陶瓷部件的整体研究水平处于国内先进,部分领先,推动高附加值的陶瓷精密制造,带动传统材料产业的转型升级,具有重要的社会经济效益。

相关人士表示,3D打印陶瓷市场发展前景广阔,但原创技术不够、产业规模小、产业链不够健全等因素制约了国内3D打印陶瓷市场的进一步发展。除此之外,专业人才培养问题也不容忽视。3D产业的发展需要政府牵线、引导,单靠一家公司的研发是做不成规模的。


来源:中国建材报

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