依据MarketsandMarkets研讨报告，2019年全球3D打印金属市场估量为7.74亿美圆。这家研讨公司预测，到2024年，市场范围将超越31亿美圆，从2019年到2024年，年均复合增长率为32.5%。推进这一增长的缘由是航空航天、国防和汽车终端对3D打印金属的需求不时增长。

　　固然目前增材制造系统供给商依然在市场上面临技术局限以及进入到量产方面的各种应战，不过值得欣喜的是2020年金属3D打印各方面将获得严重市场停顿。本期3D科学谷与谷友分离国际与国内的开展来共同领略金属3D打印的现状、应战与下一步市场格局。

　　金属3D打印的破与立

　　了解金属3D打印的现状与下一步开展，就需求先了解金属增材制造在消费中可行性的请求是什么？

　　- 必需是可预测的：您无法破费数小时或数天的时间来经过重复实验为了制造第一个合格的零部件。

　　- 必需更快：优先思索减少构建时间，这就是多激光3D打印设备越来越多地用于消费的缘由。

　　- 必需精确：在更高的速度和更复杂的零件上，需求更好的过程控制来一直如一地消费高质量的零件，同时减少后处置或返工。

　　- 必需稳定：在消费环境中，激光器简直不断处于开启状态，以提供必要的通量，这些激光器需求牢靠且易于维修。

　　质量监控与保证

　　金属3D打印加工过程中质量监控和保证必需成为处理计划提供商的重点。检测外表缺陷和孔隙度关于零件质量至关重要，影响金属3D打印增长的一个关键要素是质量保证：金属增材制造(AM)3D打印设备必需可以一直如一地消费出高质量的可反复零件。在这方面，Velo3D以为谁能为关键任务组件做到这一点，谁就会赢。

　　质量控制方面，行业召唤强大的软件，Sigma Labs不断希望经过从金属性能的变化角度来规范化金属3D打印的质量控制，最终受益的不只是小企业，更是整个3D打印行业。

　　金属3D打印在逐层铺粉的过程中由于在熔融过程中有超越50种不同的要素在发挥着作用，像资料尺寸和外形误差、熔融层中的空隙、最终部件的高剩余应力，以及对资料性能——包括硬度和强度等各种变量互相关系的研讨缺乏招致了3D打印工艺难以量化控制，这极大的限制了金属3D打印技术的应用范围。”

　　质量应战是基于粉末床的金属3D打印技术开展的“主要障碍”，Sigma Labs的PrintRite3D 5.1这样的软件与硬件分离的技术将协助金属3D打印最终改动制造格局。Sigma Labs目前有六家用户-三家3D打印设备制造商和三家最终用户在运用其处理计划，估计将在2020年初完成测试和评价阶段。Sigma Labs的技术提供实时、逐层剖析，以确保契合消费规格的请求。

　　依据3D科学谷的市场察看，除了Sigma Labs，来自德国亚琛的科学家们正在研讨监视金属3D打印的新办法，以进步过程的鲁棒性。在构建平台中运用构造传感器时，未来会检测到关键错误，例如支撑构造撕裂的时间。此外，经过超声波传感器能够用于剖析空气传播中的声音，以肯定组件的质量。基于激光的超声丈量的研讨将在将来走得更远：脉冲激光将在部件中感应出构造传播的噪声，然后由激光测振仪检测到。这使得在构建过程中发现微小的毛孔，以便可以立刻停止干预。而原位丈量过程能够经过另一个曝光次第对问题区域停止返工。

　　技术打破与重新确立

　　依据MarketsandMarkets的预测，估计PBF粉末床选区金属凝结3D打印将成为3D打印金属市场中最大的局部。MarketsandMarkets还预测，在将来四年中，钛合金的3D打印占3D打印金属的最大份额。

　　当然，技术层面还有很多急需提升的空间，虽然近年来在资料和加工技术方面获得了严重进步，但仍需求更多的改良。市场等待增加更多的非焊接资料，例如Stellite 6和Inconel738；LPBF(粉末床选区激光凝结)工艺需求在外表光亮度、变形控制和后期加工本钱方面获得更多进步；电子束凝结(EBM)技术的加工精度还需求得到进一步进步；定向能量堆积(DED)3D打印技术还需求能够应用到更大的零件制造而不会发作弯曲；Binder Jet粘结剂放射金属3D打印技术还需求更好地控制收缩。

　　LPBF(粉末床选区激光凝结)工艺方面，依据Velo3D的说法，随着软件与硬件的分离，市场上需求思索的是认识到原来的不可能正在被打破，将需求取消某些3D打印限制。这些设计软件与打印准备等软件之间完成严密集成， .stl文件格式的运用范围将继续降落。

　　LPBF(粉末床选区激光凝结)工艺的另一个开展方向是必需要进步诸如产量与效率。LPBF系统将需求具有更高的3D打印速度和更大的制造范围，以开拓更多的金属增材制造可能性。另外，嵌套零件的才能(行将零件互相堆叠以进步构建密度)关于进步制造速度和进步制造效率至关重要，但这需求合理设计支撑构造并在设计时思索这些要素。

　　当前3D打印要进入到产业化范畴的一大瓶颈是效率与本钱，当前3D打印的产品价钱中高达70%的本钱来自设备本钱，而资料也占领了30%的本钱。而在传统制造工艺中，资料本钱不超越产品本钱的3%。而在效率提升方面，市场的需求在召唤带来加工效率飞跃性质的打破。

　　金属3D打印正在打破原来的本身边境，国际上，依据3D科学谷的市场察看，德国Fraunhofer的增材制造将来-futureAM项目正在以全面开花的方式推进3D打印成为一种更稳定、更经济可行的加工技术，在科技巨擎Fraunhofer的推进下，目前亚琛Fraunhofer ILT曾经开发出用于LPBF(基于粉末床的金属凝结3D打印技术)的新型加工处理计划，该处理计划还能够产生比传统LPBF系统快十倍加工速度的大型金属部件。LPBF系统提供了十分大的，有效可用的构建体积(1000毫米x 800毫米x 500毫米)。

　　软件助力刷新竞争格局

　　行业整合是不可防止的，只要分明地向市场表达价值主张和与之对应的明晰的市场定位，这些企业才干胜利。在金属3D打印这个市场上，一个引人瞩目的价值主张将是克制盘绕本钱、资料灵敏性和制造限制的应战。最终，将看到金属3D打印行业的更多整合，但是如今这是一场静观其变的游戏。

　　拿Velo 3D举例，不难看到，国际的企业大多在成立初期就确立了鲜明的市场定位，包括立足于设备稳定性的，包括开拓提升加工效率的，再到VELO3D这样的后起之秀，在3D科学谷看来，无支撑仅仅是VELO3D与用户沟通的话术，VELO3D的市场定位相当明晰：设计自在，矫捷消费和质量保证，这些是VELO3D经过技术打造的共同的市场定位。

　　差别化将是公司生存的关键，依据3D科学谷的市场察看，目前LPBF(粉末床选区激光凝结)市场上挤满了太多没有特征的公司。简直一切的公司都在证明他们能够降低本钱并进步质量，并取得分歧的结果。一切的努力都在停止细微的调整，差别并不大，这些公司中的一局部将在2020年开端耗尽资金。

　　更多的资料、更可持续的开展

　　l 回收金属

　　金属粉末的开展方面，诸如6K(以前称为Amastan Technologies)之类的公司正在开发用于增材制造的新型先进资料。6K公司的UniMelt微波等离子体制造技术以回收的金属废料来制造AM增材制造用金属粉末。6K的工艺主要将经过认证的经过铣削、车削和其他再生原料来源的金属废品转换为可用于AM增材制造用的优质金属粉末。

　　6K的合金回收技术能够从减材制造和其他加工技术中回收金属和合金。6K曾经在为航空航天、医疗和汽车行业回收铝合金和钛合金。6K宣称能够针对所需的AM增材制造工艺来提供不同的粉末尺寸：MIM(金属注射成型)，LPBF，EBM，DED或粘结剂放射等。

　　l 不锈钢

　　不锈钢方面，国际上最显着的进步之一是GKN对金属粉末资料的审定，在IDAM结合项目成员亚琛工业大学数字制造DAP学院、Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光技术研讨所、慕尼黑工业大学金属成型和铸造学院、GKN粉末冶金，宝马集团等共同努力下，证明了DP 600双相钢在汽车市场上工业化的宏大潜力。这是一种双相钢，能够运用热处置办法调理其机械性能。

　　DP 600双相钢气体雾化资料目前已在EOS M300-4系统上停止了考证，其伸长率到达13%(原样)，到达22%(经热处置)，拉伸强度到达700 MPA(经过热处置)。这些特性使得双相钢资料成为汽车及其他工业市场构造性件应用的理想选择。而经过将水雾化粉末用于将来应用，能够进一步降低零件本钱。

　　l 铜

　　粉末床熔融(PBF)增材制造技术为制造使得紧凑、高效的新一代热交流器成为可能，假如将金属3D打印技术与具有出色导热性能的铜相分离，为电动汽车热交流器技术的提升带来宏大的想象空间。

　　纯铜具有出色的导热性，是极优的散热组件制造资料，铜合金3D打印技术的应用已在火箭发起机制造范畴得到了开展。此外，其应用涵盖从电动汽车定子绕组、铜线圈、微电子产品再到注塑模具镶件的普遍范畴。基于粉末床熔融工艺的金属3D打印技术可以完成复杂设计，释放设计的自在度，这一技术在热交流器制造中的应用，使得设计师可以运用高级设计谋略，例如运用突变、可变密度的点阵构造，在有限空间内增加热交流器的外表积，提升热交流性能。简而言之，面向增材制造的设计，可以完成在热负荷高的位置用密度较高的构造资料，从而完成轻量化与冷却性能的均衡。

　　l 铝合金

　　航空航天范畴，铝合金的应用不断存在着一些弊端。铝合金固然很轻，但在暴露于高于160°C的温度的应用中常常表现不佳。它们会随着时间的流逝而软化和老化，因而航空航天范畴会选择相对较重的金属，例如钢或钛。如何在提升铝合金的性能，这是一个值得研讨和打破的中央。

　　半个多世纪以来，科研人员曾经完成了大量工作，以改善铝合金的耐热性，使铝合金可以接受更高的工作温度而不会降低机械性能。今天，在世界范围内，经过3D打印技术，新型的铝合金资料在呈现出快速上升的开发态势，更高的强度，替代中温钛合金的可能性，在这方面国内上海交通大学与安徽相邦复合资料共同研发作产的陶铝粉末，可以改善粉末活动性，进步激光吸收率，细化晶粒组织，特别适用于3D打印。

　　高强高韧增材制造专用铝合金资料方面，澳大利亚Amaero开发了HOT Al、苏州倍丰开发了Al250C， 英国Aeromet开发了A20X，美国HRL开发了7A77.60L，开发和商业化新型高强度铝合金以及合适各种铝合金3D打印的设备，曾经成为一条明显的国际与国内开展趋向。

　　小荷才露尖尖角的国内产业化趋向

　　国内在金属3D打印进入到量产的产业化前景方面，安世亚太增材制造结合深圳意动航空科技有限公司胜利开发了国内首创的两款全部经过3D打印制造的微型涡喷发起机，10kg级推力的NK-10和50kg级推力的NK-50。2018年已完成1200℃以上超温实验，各项指标满足设计请求，实验中极高转速高于14万rpm，为全3D打印旋转涡轮高温点火实验。

　　NK10和NK50 两款微型涡喷发起机在多处关键零部件构造设计方面融入了增材设计的概念，减少了发起机零件数量，降低了发起机的整体重量，增加了局部构造件的强度，完成更低本钱、更优性能、更短命命的目的，是满足先进低本钱微小型空中系统推进动力和车船混合动力以及增程动力需求的先进动力安装。NK10和NK50 微型涡喷发起机的一切零件均由安世亚太增材制造旗下德迪新一代选区激光凝结3D打印设备DLM-280 制造，安世亚太增材制造已盘绕着基于正向设计的研制的市场定位，推出了一系列单构、混构金属3D打印设备，并经过不时的更新迭代，从精度、效率、成型尺寸、控制系统、软件等多个维度停止优化，使其可以更好地满足用户需求。

　　依据3D科学谷的市场研讨，中航商用航空发起机开发了空心风扇叶片。空心风扇叶片包括空心的叶片本体，空心区域内沿径向设置有至少一根树形筋条，树形筋条中靠近叶尖区域的筋条数量大于靠近叶片根部区域的筋条数量。中航商用航空发起机有限公司经过在叶片本的空心区域内设置树形筋条，可以适用于叶片的中下部弦长较小，工作时应力大，叶片中上部弦长较长，叶片薄，工作时变形大的特征，因而，经过设置树形筋条，可以进一步进步叶片空心率，保证抗冲击性能。空心风扇叶片采用金属资料，且经过3D打印-增材制造工艺加工制成 。

　　国内在航空航天范畴的3D打印技术正在走向更多细分范畴的应用，2019年8月17日，由航天五院总体部机械系统事业部担任研制的千乘一号小卫星随捷龙一号遥一火箭送入预定轨道，千乘一号整星构造采用面向增材制造的轻量化三维点阵构造设计办法停止设计，整星构造经过铝合金增材制造技术一体化制备。传统微小卫星构造重量占比为20%左右，整星频率普通为70Hz左右。千乘一号微小卫星的整星构造重量占比降低至15%以内，整星频率进步至110Hz，整星构造零部件数量缩减为5件，设计及制备周期缩短至1个月。整星构造尺寸超越500mm×500mm×500mm包络尺寸，也是目前最大的增材制造一体成形卫星构造。整星增材制造工作拜托西安铂力特增材技术股份有限公司完成，该卫星一切构造由铂力特四光束3D打印设备BLT-S600一炉内完成打印制造。

　　国内经过3D打印制造微纳卫星方面也获得了商业化停顿，星众空间科技有限公司在3D打印立方星部署器的设计方面取得了相关于传统加工部署器在设计上所完成的优化，2020年5月5日，星众空间自主研发的世界第壹个基于金属3D打印的部署器COSPOD-3D搭载我国新一代飞船实验船胜利发射。在轨飞行3天后，于5月8日随载人飞船实验船顺利返回空中，任务获得圆满胜利，考证了星众立方星部署器的功用、构造强度与适用性。

　　国内成立航空2015年开端用增材制造技术停止航空发起机熄灭室零部件研发制造。成立航空的增材制造研讨内容包括：运用3D打印的产品设计，资料、设备及工艺参数对产品、组织、性能、精度影响，后处置对内应力、缺陷、精度、性能影响，SLM+CNC工艺零件一体化的影响。在增材制造应用方面展开了熄灭室喷嘴、熄灭室旋流器、熄灭室火焰筒、电机壳体等部件的研发工作。在金属3D打印进入到量产的产业化前景方面，成立航空正在推进发起机电机壳体的量产。

　　其他方面，国内零壹空间、深蓝航天、星际光彩等新一代航天企业在应用3D打印方面取得了不时的打破。拿星际光彩来说，经过3D打印，完成了用于火箭发起机的总装构造的一体打印成型，机体内部维护若干条流道，总装构造以内部成型流道的方式替代传统的管路件，减少了总装构造上的零件数量，同时俭省了管路组装的步骤以及俭省了管路购置的本钱，完成了对总装构造组装难度的降低以及本钱的减少。