金属3D打印全球发展状态
金属增材制造技术的范围正在不断扩大，截至目前，全球190多家OEM厂商提供了18种不同工作原理的金属增材制造技术。为了成功地采用金属增材制造，必须了解3D打印过程及其特性。此外，必须考虑设计、流程链和成本结构。3D科学谷全球战略合作伙伴-AMPOWER的报告中提供了对金属增材制造市场和技术的深刻见解。
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▲3D科学谷全球战略合作伙伴
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全球战略合作伙伴关系
2020年，AMPOWER与3D科学谷达成长期全球战略合作伙伴关系，双方联合品牌资源与影响力优势，在咨询项目、跨国市场进入支持(中国企业进入欧洲市场，欧洲企业进入中国市场）等多业务领域展开全面合作。除了业务合作，AMPOWER将在其系列对全球发布的市场研究报告中引入3D科学谷作为联合作者；3D科学谷将在其白皮书市场研究系列引入AMPOWER在欧洲、美国及其他区域的研究。
3D科学谷在中国市场建立了增材制造洞察力体系，并通过近年来的市场研究和分析工作推动了中国市场在实施方面的进展。作为连接增材制造领域国内外业内优质资源的平台，3D科学谷通过其多媒体平台进一步经营着最受推崇的市场沟通渠道。
AMPOWER是工业增材制造领域的领先咨询公司，AMPOWER通过开发和分析市场以及技术研究，为客户提供战略决策建议。在运营层面，AMPOWER通过有针对性的培训计划以及适用于生产的组件的识别和开发，为增材制造的引入提供支持。AMPOWER进一步的服务包括质量管理、内部和外部设备鉴定支持、跨国市场进入支持。
▲ 金属增材制造技术的技术图
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变化中的金属市场竞争格局
许多人将金属增材制造与选区激光熔化金属3D打印工艺联系在一起，这是迄今为止安装量最高的设备。但是，还有其他17种金属AM-增材制造技术，并且每一项在设计规则、材料和零件特性以及工艺链，成本结构和AM成熟度指标方面都有不同的特征。为了选择最佳的工程问题解决方案，需要了解所有选项。从应用市场来看，必须选择正确的技术，做正确的决策，然后去正确的执行。
在2019年，选区激光熔化金属3D打印工艺的销售站所有金属设备收入的85％。与上一年相比，相对增加了5％。DED定向能量沉积技术在全球金属3D打印系统销售收入中所占的市场份额为8.3％，而Metal FDM熔融挤出，BJT粘结剂喷射和其他技术的合计份额约为7％。
根据AMPOWER对供应商的预计，未来5年，选区激光熔化金属3D打印系统设备的收入市场份额将下降至63％ 。DED定向能量沉积技术供应商的市场份额将增长到11.1％。基于烧结的Metal FDM和Binder Jetting设备预计在2024年将从5％增长到13％。
根据AMPOWER的预测，间接金属3D打印市场方面，围绕脱脂和烧结工艺建立生产流程解决方案对于这些技术的成功至关重要。预计到2024年，CAGR每年将预计在增长85.7％的水平。
▲ 金属增材制造设备2019年按技术分类的销售收入占比
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LB-PBF选区激光熔化金属3D打印工艺凭借数千台已安装的系统基础，该技术现已得到广泛应用，并已在生产中的许多应用中使用。
LB-PBF技术的主要优点是所得零件的良好机械性能、高密度和高分辨率。该技术已广泛应用于各种可用的金属合金中，可实现高度的设计自由度。通过接近最终形状的生产和未熔化粉末的回收，减少了废料。
但是，由于在冷却过程中产生的内部残余应力会导致零件变形或破裂，因此构成了限制。在构建过程结束后，还需要去除支撑结构以消除这种应力。此外，相对粗糙的表面通常需要几个后处理步骤。设备系统以及原料的投资成本相当高，可能会限制当前潜在的市场发展空间。
当前，LB-PBF获得广泛使用的主要挑战与局限性在于加工速度低，材料和系统成本高导致的高成本。当今许多即将出现的金属增材制造技术声称主要通过引入更高的处理速度和使用低成本的原料来解决该问题。
激光金属沉积（LMD），是一种使用了多年的焊接技术。按照激光熔覆的材料类型和材料与激光束的耦合形式，可将常见的激光熔覆技术分为超高速激光熔覆技术EHLA、高速丝材激光熔覆技术、同轴送粉激光熔覆技术、旁轴送粉激光熔覆技术。近年，该技术被系统集成商和现成的系统提供商称作增材制造技术。
粉末激光沉积是一种焊接技术，其中激光在金属零件的表面上形成熔池。高的材料利用率、较短的制造周期且能兼顾复杂的结构和很高的力学性能，又可实现多种材料任意复合满足对构件各部位性能要求显著不同的场合，对急需解决的研制任务又能快速响应。DED技术的典型特点是材料的高沉积速率，该沉积速率可局部应用以形成接近最终形状的毛坯。
诸如MIG，MAG和TIG焊接之类的焊接工艺，由于其简单性和低成本的输入材料，这些技术有望以非常低的成本实现很高的构建速度。但是，为了获得增材制造所要求的全部灵活性，仍然需要在数据准备方面进行进一步的开发。
金属丝电弧和金属丝等离子弧沉积属于直接能量沉积工艺，基于传统的基于金属丝的焊接，例如MIG，MAG，TIG和等离子焊接。对于电弧沉积，可以使用现有的现成焊接设备。焊接功率是由电弧或等离子弧决定的，电弧熔化原料以形成焊缝。用常规的送丝系统将焊丝送入工作区。焊炬的运动可以通过机器人系统或龙门系统来提供。金属丝电弧沉积技术在DED技术组中具有相对较高的材料沉积速率。
虽然根据每家设备厂商的宣传，似乎给人一种印象，即每种金属增材制造技术都已准备好用于大批量的产业化应用。但是，目前在18种不同的金属增材制造技术中，只有5种被认为可用于工业用途，还有2种技术将在2年内达到这一成熟状态。AMPOWER引入了工业成熟指数以评估工业化水平，其中包括对技术和工业用途的现状进行评估。
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l AMPOWER与3D科学谷正在合作面向全球欧洲、美洲、亚洲市场发布的2020年全球增材制造研发市场报告，欢迎中国企业积极参于有关3D打印领域设备、软件、材料的研发市场调查，敬请关注3D科学谷后期将发布的调研问卷。
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