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加速工业级应用落地,材料企业与3D打印机制造商联动已势不可挡


随着3D打印技术的发展进步,目前其应用趋势正从饱和的消费级市场逐渐转向工业级市场,比如汽车、鞋材、医疗、电子等领域。


一、工业级3D打印机频出,下游应用落地推进缓慢


与体型较小的桌面级3D打印机不同,工业级3D打印机通常具备较大体积,打印速度、材料容量、打印精度方面也会进一步提升。

          图 上海普利生的工业级打印机可以达到40㎛的精度


表 部分工业级3D打印机企业盘点


企业

工业级3D打印机

可打印材料

Stratasys

Stratasys F123系列、Objet1000/260

PLA、ABS、ASA、PC-ABS、TPU

EOS

EOS P 770、P110

PP、PS、PA、PEEK、PEBA、TPU

3D Systems

Figure4、FabPro 100

PP、PA

Carbon

M1

光敏树脂

华曙高科

HT1001P、403P系列、252P系列

PA6、PA66、PA11、PPS、TPU

惠普

Jet Fusion系列

PA11、PA12、TPU

联泰科技

RS4500、Lite 600、G1400

光敏树脂

上海普利生

Rapid 200/600 /400/300

光敏树脂

盈普科技

TPM 3D S/P系列

PA12、PA11、TPU

陕西聚高

Engineer 200

PEEK、PEI、复合材料等

远铸智能

FUNMAT PRO 410

PEEK、PC、ABS、PLA、 TPU

易加三维

EP-P3850、EP-A450/A650

PA、光敏树脂

恒通西交

SPS600S

光敏树脂


不仅工业级3D打印机不断推陈出新,而且耗材的种类从早前的PLA、ABS、PETG等低强度塑料,拓展到PC、PPS、PA6、PA12、PEEK、PPSU等高强度塑,从而带来更便捷、更快、更广泛的工业应用价值。

           图 TPU3D打印鞋中底,摄于易加三维展台


然而,由于3D打印机、耗材的研发成本高,最终造就了售卖价格高,同时它要求操作人员具备相关知识技能,才能更好去开发应用。


目前国内3D打印应用仍呈现两极分化:一是应用在3D人像、小物件等材料成本低、技术工艺粗糙的产品;一是应用在航空航天等高精度、高质量的产品。相比之下,国外的应用比较全面,如消费品及电子、汽车、生物医疗、航空航天、军事、机械制造都有应用。


因此尽管3D打印机制造商纷纷推出工业级设备,但工业级应用的推进情况并不理想,仍然是大多数集中应用在制造业的研发验证阶段,甚至有些工业级设备本质上是大尺寸的桌面级设备。


二、增材制造技术难突破,材料开发有望加速破局


近年来,材料企业通过并购、投资、战略合作等方式涉足3D打印领域的新闻动态越来越多,比如巴斯夫、赢创、阿科玛、三菱化学、威格斯、赢创、万华化学等等,这意味着材料企业开始愈发重视3D打印行业的发展。


表 推出3D打印专用牌号的材料企业盘点


企业

高分子材料类型

威格斯

PEEK

索尔维

PA6、PPS、PEEK、PEKK、PPSU

赢创

PA12、PA613、PEBA、PEEK

巴斯夫

PP、PA6、PA11、TPU、光敏树脂

亨斯迈

TPU

科思创

PC

杜邦

尼龙线材、TPC-ET

帝斯曼

PBT、PET

阿科玛

PVDF、PA11、PA12、PEBA、PEKK、光敏树脂

三菱化学

PC

SABIC

聚酯、ABS、PC、PEI

伊士曼

共聚酯

雷孚斯

PP、TPU、PA、PET、PEEK

瓦克化学

有机硅

万华化学

TPU


我们可以看到,以强度较高的工程塑料为主的这些材料显然都是为了工业级应用而开发。有人可能认为,普通树脂线材、粉末都可以直接用来进行3D打印,为何还要专门开发新的牌号呢?


其实不然,聚合物的粘结性、流动性、结晶温度、拉伸强度、抗冲击强度等性能与其化学结构、化学组成等有关,而这些性能或许都会对3D打印独特的成型过程产生影响,从而带来喷嘴堵塞、成品易断裂、粘接性不良等问题。

           图 3D打印碳纤维增强材料,雷孚斯


大家都已经意识到,提高3D打印的生产效率和打印物件强度是目前业界努力克服的方向,困局也在这里。其中3D打印技术多种多样,但成型原理就只有熔融沉积、激光烧结、光固化等几种主流技术,持续改进的技术只是增加喷嘴数量、熔融温度等以达到提高效率的目的。


而材料强度的突破,所需要克服的难度则相对小得多,一旦成功,所带来的效益会迅速放大。美国3D打印公司 Carbon 的高速发展就是一个典型的例子。


1、可编程树脂突破应用瓶颈,Carbon 估值已达24亿美元


成立于2013年的美国3D打印公司Carbon,是DLS(数字光合成)技术高速光固化3D打印技术发明者,但他们也是高强度3D打印光敏树脂的开发者。


阿迪达斯在2018年产量已经有10万双的3D打印鞋——ALPHAEDGE 4D,它的中底材料就是Carbon公司专利的比普通树脂强度更高、可编程的光敏聚合树脂材料,是一种EPU材料。从Carbon公司官网了解到,该材料可以承受6.14MPa的压力,伸缩度达到229%。

           图 阿迪达斯 ALPHAEDGE 4D跑鞋


正是得益于材料和3D打印技术的完美结合,Carbon迅速发展,到目前为止获得融资共计超过6.8亿美元,其中有阿科玛、日本JSR等材料企业,主要客户包括:阿迪达斯、NASA、兰博基尼、福特汽车、路斯特跑车等等。


Carbon 重视在化工供应链方面的发展,不仅与科思创等材料巨头达成战略合作,还于今年11月21日宣布,杜邦前CEO柯爱伦(Ellen Kullman)将取代联合创始人乔·德西蒙(Joe DeSimone),立即生效。

                        

另外,据了解,Carbon 创始人兼CEO Joe DeSimone的导师,是全球高分子材料领域的顶级科学家 Jim E. McGrath,美国工程院院士。国内塑成科技CEO海伦和Joe DeSimone 师出同门,其研发的高硬树脂、高韧树脂两大类光固化3D打印材料也有着不俗的表现。

           图 光敏树脂3D打印鞋中底,塑成科技


2、材料企业与3D打印机制造商协同发展已成一种趋势



随着3D打印市场的不断增长,3D打印机制造商和材料企业的合作开始变得频繁密切。比如:


  • Stratasys达成战略合作的材料企业有阿科玛、索尔维等;


  • Evolve与赢创合作,以推进Evolve选择性热塑性电子照相工艺(STEP)技术的热塑性材料的研发;


  • 华曙高科于2018年与巴斯夫联合推出新型3D打印PA6材料,2016年还和雷孚斯合作开发3D打印的TPU个性化高性能鞋中底;

  • 惠普已经和巴斯夫、赢创、阿科玛、雷孚斯、路博润等材料企业达成了深入合作等等。


双方协同发展,优势主要体现于两方面:


一是材料企业基于多年的技术积累,对材料的改性显然更为得心应手,配合3D打印机企业开发耗材更有效率也更为精准,能有效降低耗材开发成本,同时能拓展下游应用领域。


二是3D打印机企业可以保证耗材的开发供应,可以更专注于3D打印技术的开发,以达到材料与3D打印技术的完美结合,还可以为材料企业的客户提供创新、定制化解决方案。


比如华曙高科高温3D打印设备HT403P和纯PA6材料FS6028PA,就赋予了华曙高科与巴斯夫客户在汽车、航空航天等领域"直接生产、直接应用"的解决方案。


-END-


艾邦搭建了3D打印行业微信交流群,3Dsystem、EOS、polymaker、华曙高科、上海联泰、远铸智能、上海复志、上海普利生、光华伟业、易加三维、卓锐三维、塑成科技、武汉萨普、塞拉尼斯、巴斯夫、伊士曼、亨斯曼、科思创、雷孚斯、华峰、万华、比亚迪、延锋、长安、安踏、匹克、贵人鸟等上下游企业已加入。

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