TCT亚洲展经过8年在中国的沉淀发展,已成为亚洲规模最大的3D打印行业展会。展会同期,主办方同期活动TCT亚洲峰会及科技讲台一直以“应用驱动变革”作为其理念进行创新,邀请来自各个行业的领先应用端用户分享经验。本届TCT亚洲峰会上,开展首日举行的TCT科技讲台为业界展示了再上新台阶的3D打印技术发展。
在迈向更具加工过程可控、更具加工过程可预测的过程中,3D打印技术呈现出蓬勃的创新能力。
例如,根据清华大学林峰老师的分享,国内的电子束增材制造技术已经实现了成型尺寸和设备稳定性方面的关键突破,大尺寸EB-PBF设备方面已经居于世界领先地位,并实现了高强铝合金、钛铝合金、难加工高温合金等合金的成型。技术上呈现出多束源复合、高压电子束等技术创新发展趋势。
例如,在轨道机车方面,国内机车相关方面的研究院还开发了高强度铝合金粉末及打印工艺用于轨道交通轻量化零件是指,如抗蛇行减震器座、轴箱体座及散热板等。
再例如,在听起来还颇为小众的微纳3D打印方面,这项技术以微纳尺度的分辨率实现复杂形状的制造,在3D异质微结构,多材料多尺度结构、微纳混合结构等方面颇具发展潜力。
多枪阵列的大型EB-PBF技术规模化应用趋势日益明显,大数据、机器学习等人工智能技术将更多地被引入,应用于工艺规划、缺陷识别、故障诊断、质量分析等。
清华大学林峰老师聚焦大尺寸 EB-PBF 设备的开发,分享了难加工金属材料的 EB-PBF 成型工艺,探讨下一代EB-PBF技术。
西南交通大学牵引动力国家重点实验室的吴圣川老师聚焦金属的微观结构研究。分享了基于机器学习方法的增材铝合金缺陷致疲劳寿预测研究思路。吴教授对这一领域的研究,加深了对三维缺陷致增材金属疲劳行为的理解,提出了基于缺陷三维成像的增材金属材料疲劳多裂纹协同扩展计算方法,不仅对AM部件的可靠性评估至关重要,而且有助于确定必须修改的加工步骤,以生产具有足够或优越结构完整性的部件。
青岛理工大学朱晓阳老师聚焦微纳3D打印的发展。在今年的TCT科技讲台上,朱教授为现场观众分享了微纳3D打印与透明电子、柔性电子、曲面共形电子以及3D电子,探讨了3D打印技术在电子领域的挑战与机遇。
微纳3D打印的发展挑战与机遇包括发展配套打印工艺的电子材料,兼顾设计、工艺、性能,实现电子器件的材料-设计-工艺-性能一体化增材制造新模式;发展可回收、可降解、可愈合等新型3D打印电子材料;大尺寸、非平整衬底高精度电路阵列喷头高效自适应打印关键技术;高精度、高集成度微纳阵列喷头低成本批量化制造技术;大尺寸多曲率亚微尺寸电路共形打印关键技术;层间互联导线3D打印技术;多层曲面电路基板多喷头高精度曲面控制技术;多层电路基板原位固化关键技术及多层层间结合力控制关键技术等。
合成生物作为助力农业食品绿色低碳转型的核心技术,也是提升中国绿色影响力与最佳实践的有力抓手。上海食未生物科技有限公司(CellX)3D打印高级工程师范潇潇分享了3D打印技术在细胞培养肉中面临着哪些挑战?3D打印技术在细胞培养肉中应用的未来发展方向是什么?
明白身处的3D打印发展阶段与发展情况,深刻理解3D打印发展趋势,3D科学谷创始人王晓燕分享了《全球增材制造市场发展概况及发展预测》。
l 全球市场
全球范围内,在过去的2021年,L-PBF激光选区金属熔化技术在一致性和控制零件质量合格性方面做了进一步的改进;Binder Jetting 粘结剂喷射金属3D打印技术在技术成熟度方面取得了重大飞跃,在未来 2 年内跃升至第一个工业用途;此外冷喷增材制造技术在2021年取得了强劲的技术进步;液态金属3D打印也有类似的发展。根据AMPower,2021 年全球金属和塑料增材制造市场价值 83.3 亿欧元,同比增长超过 16%。
根据CONTEXT,3D打印2022年第一季度强劲增长,美国和西欧的工业 3D 打印机出货量加速。2022 年第一季度都有增长,其中金属粘结剂喷射增长最快,打印机出货量比 2021 年第一季度增长了 113%。目前粘结剂喷射不是主导技术(仅占 3%所有工业3D打印机器出货量),但它是增长最快的技术之一。在3D打印设备的总出货量方面,中国的联泰科技是销量领先者。
当然每家市场研究公司对未来的预测各有千秋,对于行业来说,重要的并非是具体的销售数字和下一步的销售预测,而是从中捕捉到的行业变化的痕迹。譬如说每种不同的3D打印技术的成熟度变化,不同市场定位的3D打印设备的市场前景与潜力等等,这些未来走势通过观察历年的报告可以获得更深入的理解。
l 国内市场
国内的3D打印市场,据中国增材制造产业联盟此前预测估算,2022年增材制造企业营收约为360亿元。国内装备营收达50.8亿元,占总营收的55%。其中FDM达到20.6亿元,占装备营收40%;光固化设备达到15.6亿元,占30%;PBF,micro-AM,BJ等铺粉工艺达13.5亿元,占装备营收26%;定向能量沉积DED设备达1.6亿元,占比4%。
国内专用材料营收达到14.7亿元,高分子材料年产量约800吨,营收6.5亿元,占材料总营收44%;金属材料年产量约700吨,营收达5.5亿元,占材料营收的37%;以陶瓷和砂型为代表的无机非金属材料的年产量约400吨,营收为2 .7亿元,占材料营收的18%。
据中国增材制造产业联盟2021年调研,国内3D打印服务营收达19.1亿元(不含军工等涉密业务)。医疗、航空航天、汽车、消费品、核电能源收入分别为12.7亿元,4亿元,1亿元,1.2亿元,0.2亿元;占比为65%,23%,5%,6%,1%。
在这里,国内的增材制造发展与国际上存在差异,譬如,国外以多激光生产型设备为主,而全球范围内,粉末床为基础的设备市场占比约56%(金属占40%,塑料占16%);国内则是以FDM为主,FDM占40%;此外拿光固化举例,国际上光固化占整个3D打印19%的市场份额,国内则是占30%的市场份额。
l 技术发展趋势
2021年3D打印技术发展的显著特点是正在实现一次新的飞跃!类似于电视的发展从黑白电视往彩色电视发展,手机从大哥大朝向小巧型的手机发展,电脑从占据几个房间的大型设备朝向桌面电脑发展。
根据3D科学谷的市场研究,目前3D打印技术升级(甚至是技术跳跃)发展趋势明显,这好比看似“大哥大”手机时代,市场在不知觉中已经朝向翻盖小型手机时代迈进。或者好比VCD设备转向DVD设备的过程中,3D打印设备技术的发展趋势包括更大、更精确、更稳定、更高效,而这一技术发展并非是渐进式的,而是以技术跳跃的方式呈现出来。
例如,国际上出现了生产效率比当前提升7倍到10倍的创新型技术,其中欧盟地平线计划支持的InShaPe项目推动金属3D打印直击压铸工艺,生产效率提升7倍!
基于具有可编程激光强度分布和人工智能技术的高性能光学模块,以确定打印目标的最佳光束形状,例如由材料类型和几何形状确定。
InShaPe还开发了一种用于质量分析的创新过程监控系统,该系统集成了多光谱成像,即将不同波长的光同时观察到增材制造加工过程。
这两种新技术的结合实现了高效和先进的曝光策略,因此即使是最苛刻的复杂特殊组件生产也能获得高效、稳定的加工。
InShaPe 技术的成功开发旨在加强欧洲基于LPBF金属3D打印工艺作为高度复杂零件的领先供应商,并加强数字化、资源节约型和基于激光的敏捷生产方法的领导者地位。长期来说,这些技术的发展最终将进一步推动产品本身的普及化,使得这项技术更能为人类创造价值,更能为更广泛的群体所接受和应用。
最后,王晓燕谈到未来3D打印的竞争是数据和基于数据的算法也就是人工智能水平的竞争。必须清醒的认识到发展的大趋势,明白竞争的核心所在。
2022年TCT亚洲峰会及同期论坛包括30多场会议与演讲,除了TCT科技讲台,TCT亚洲峰会主题涵盖交通与工业论坛、齿科与骨科论坛、医疗器械及生物制药论坛、消费品论坛等等。
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