金屬3D打印是目前打印領(lǐng)域最令人興奮的話(huà)題，從飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)組件到空間衛(wèi)星零件的制造都將金屬3D打印變成話(huà)題的聚焦點(diǎn)。但實(shí)際情況是，金屬3D打印是個(gè)寬泛的概念，這其中包含了非常多樣化的技術(shù)，這些技術(shù)我們通常不加以區(qū)分而是堆積在一起相提并論，盡管他們使用不同的打印技術(shù)和不同的金屬原料(金屬粉末、金屬絲或者是金屬片材)一起。在這方面，通過(guò)金屬3D打印技術(shù)矩陣可以了解行業(yè)技術(shù)分布特點(diǎn)和主流品牌。
要理解金屬3D打印各種技術(shù)的方方面面是個(gè)系統(tǒng)工程，大名鼎鼎的美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的研究人員在田納西州整理出金屬3D打印的“宗譜”：從金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展歷史，優(yōu)勢(shì)分析、局限性和所有主要金屬3D打印技術(shù)的潛在應(yīng)用趨勢(shì)。四個(gè)技術(shù)包括粉末床燒結(jié)(SLS)，粉末床融化(SLM，EBM)，直接能量沉積(LENS)，粘結(jié)劑噴射(3DP)。ORNL還深入研究了與傳統(tǒng)的制造業(yè)相比金屬3D打印的局限性是什么。
ORNL的研究人員認(rèn)為純合金和陶瓷材料都有顯著的發(fā)展前景。最近，尤其是高溫合金包括鈦合金和鎳基合金在金屬3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用不斷獲得突破。而在打印專(zhuān)利方面，雖然核心專(zhuān)利和附屬專(zhuān)利迷霧重重，對(duì)于國(guó)內(nèi)金屬3D打印設(shè)備廠商專(zhuān)利是企業(yè)發(fā)展的重中之重，但是要靠自己的力量研究和看懂這個(gè)市場(chǎng)上你競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的每一個(gè)專(zhuān)利和他們的良苦用心無(wú)疑是幾乎不可能的事情。一方面，你可以通過(guò)委托類(lèi)似于上海市專(zhuān)利服務(wù)平臺(tái)這樣的官方機(jī)構(gòu)來(lái)更加深入地了解專(zhuān)利分布情況，另一方面，對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手核心專(zhuān)利的到期，不妨通過(guò)咨詢(xún)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)利律師來(lái)進(jìn)行積極的布局。
同時(shí)，各種新的3D打印方法也初露端倪：化學(xué)氣相沉積(CVD，目前用于涂層)，物理蒸汽沉積(PVD，采用真空)，液態(tài)金屬射流3D打印，以及在高速氣體流中沉積金屬粒子的冷噴涂技術(shù)。這些技術(shù)都給金屬3D打印技術(shù)繼續(xù)走向分化帶來(lái)了發(fā)展空間。
關(guān)于金屬3D打印的前景，相比金屬3D打印的未來(lái)，我們目前仍在山腳下的位置。隨著專(zhuān)利到期和激光等熱源價(jià)格的下降，這將有助于金屬3D打印價(jià)格降低。伴隨著各個(gè)主流的金屬粉末供應(yīng)商在金屬材料上投入的大量研發(fā)，將出現(xiàn)更多的新材料，并出現(xiàn)更廣泛范圍的合金。
ORNL的研究人員認(rèn)為到2025年，這項(xiàng)技術(shù)的年均市場(chǎng)增長(zhǎng)在18%左右，主要驅(qū)動(dòng)需求來(lái)自航空航天、生物醫(yī)學(xué)和汽車(chē)行業(yè)，到2025年市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在84億美元。
更為值得注意的一個(gè)趨勢(shì)是，數(shù)項(xiàng)專(zhuān)利的到期可能有助于開(kāi)源時(shí)代的到來(lái)，從而大大降低了金屬3D打印的成本。中國(guó)3D打印網(wǎng)了解到事實(shí)上，來(lái)自密歇根理工大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)始從事一些有趣的開(kāi)放源代碼的工作了。
金屬3D打印的潛能正在開(kāi)啟，通過(guò)打印出復(fù)雜幾何的形狀，減少組件的數(shù)量，以及為醫(yī)學(xué)界打印生物相容性產(chǎn)品，金屬3D打印帶來(lái)的意義不在是傳統(tǒng)意義上的降本增效，而是將產(chǎn)品生命效益提上重要日程，通過(guò)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)減少故障率、降低能耗、提高可靠性，一個(gè)全方面注重效益的更美好的世界正在來(lái)臨。
當(dāng)然，雖然前景美好，要走向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，金屬3D打印的技術(shù)有著很大的提升和完善空間，包括實(shí)現(xiàn)更快的沉積速率、過(guò)程中質(zhì)量控制、降低成本和生產(chǎn)能力和材料的擴(kuò)充。而目前質(zhì)量控制方面，金屬3D打印要遠(yuǎn)落后于其他生產(chǎn)技術(shù)，這直接關(guān)系到生產(chǎn)成本和可行性，因?yàn)檫@個(gè)原因致使金屬3D打印邁不開(kāi)推廣的步伐。然而，瓶頸亦意味著機(jī)遇，行業(yè)急待標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的出臺(tái)，以及通過(guò)大數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)和控制打印結(jié)果方面的更多努力，包括數(shù)據(jù)的測(cè)量和監(jiān)測(cè)技術(shù)、充分的材料特性、建模系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)等。
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