3D打印能给塑料行业带来什么变化?

国际金属加工网 2015年10月15日

3D打印中,打印材料的质量对制品的外观品质起到主导性作用。3D打印无疑将会成为未来10年汽车医疗、建筑等行业广泛推广的技术应用,塑料作为重要的3D打印原材料,又将在未来10年中迎来哪些机遇与挑战?

全球知名咨询公司SmarTech公司近期颁布了《未来10年,塑料在3D打印市场的应用预测》,评估了较新的塑料材料种类,包括聚碳酸酯、聚苯乙烯、TPU、PET、PBA、聚乙烯醇、聚甲醛和可替代生物塑料、透明材料、柔性材料,以及纳米增强塑料等。该报告指出塑料将成为3D打印公司的竞争优势。

很多OEM公司正在寻找能在未来几年带来丰厚收入的塑料材料,甚至有3D打印公司开始收购材料研发公司。与此同时,主要的材料公司也开始将3D打印作为一个盈利的利基市场,抢占商机。

ABS和PLA—绿色应用势在必行

30年以来,大部分公司主要采用ABS作为产品原型的制作,这就巩固了ABS作为第一3D打印媒介材料的地位。可用于3D打印的ABS材料种类繁多,是其他塑料材料无可比拟的。

市场可提供不同类型的高质量ABS产品,它们的颜色、透明度、防火和耐化学腐蚀性甚至能与其他传统加工的材料相媲美。但是由于缺乏规范化的单丝纤维,ABS单丝纤维的市场也比较分散,使得材料供应商无法追求更大的产能。

在过去的几年里,业内人士已开始将1.75毫米的单丝纤维直径作为标准加工直径。

ABS尽管能带来众多好处,它也将面临种种挑战。在过去10年中,由于ABS材料物理特性的局限,它为个人3D打印也带来了一些限制。虽然ABS是3D打印材料市场最常见的材料,但它不会带来像尼龙或树脂那样能带来庞大的市场收入。

PLA正作为一种代替ABS的绿色产品,逐渐应用在3D打印中。随着塑料对传统制造工艺的绿色诉求不断增加,PLA也逐渐成为生产应用中使用量最多的材料。PLA部分材质构成是来自从玉米淀粉、黄豆、木薯根、甘蔗、马铃薯、小麦和许多其他植物中提取的可再生乳糖。

部分PLA的混合物,比如像PLA4043D已经改造成为更加环保的材质。现在许多材料供应商为3D打印提供PLA单丝纤维,有些甚至是独家供应。

尼龙—新材料和新供应商,潜力无限

虽然3D打印材料市场的最常见的部分是ABS和PLA,实际上是尼龙才是应用规模最大的材料,预计到2019年,尼龙将占据3D打印材料市场30%的市场份额。

尼龙材料正在往功能原型和终端制造应用的方向进行改进。尼龙可用于高温挤出工艺,但在激光烧结工艺中也能呈现熔融特性。在全球范围内,尼龙6主要应用于传统加工工艺,包括注塑成型。尼龙12则常用于激光烧结增材制作工艺。

由于人们能够更好地控制3D打印的尼龙部件的内部结构,实现纤维序列的变化,从而提高部件的同性性能,能够在压力条件下,向物体输出变形编程。因此,尼龙在3D打印的材料市场中将继续保持其优势。

尽管如此,增材制造的尼龙粉供应商数量仍然有限。目前只有极少数厂家为3D打印生产的尼龙粉末。主要的供应商是:赢创、阿科玛、Arzuano、ExcelTec和罗地亚。也有一些中国企业生产激光烧结工艺的尼龙粉末。

光敏树脂—始于原型制作,后劲十足

30年来,树脂被选择性地固化,以形成物体结构。自从这项技术在30年前首次亮相以来,3D打印树脂已为原型工程师带来一个小型但利润丰厚的用户群。未来十年,树脂仍有巨大商机,通过SLA设备的大规模安装使用,更多的功能树脂材料和终端应用将出现在牙科行业。

未来这十年,预计树脂的市场需求与3D打印尼龙的需求一样大。

然而,树脂最大型的应用将主要是原型设计。

SLA设备能产生高度精确的三维原型,可以执行形状拟合测试。这些原型有垫圈、齿轮和铰链,将对汽车、医疗、重型机械航空航天工业中的部件制造产生重要的影响。SL设备也开始在建筑和电子等设计导向型行业产生较大影响。

预计未来5-7年树脂材质的不断完善,将让工程师能生产出更强大的功能原型部件。

这些功能原型部件会直接使用在高性能汽车行业及航天航空行业。光敏树脂也将在口腔医疗行业有特殊应用。

3D打印行业的光敏树脂供应链相当完善的。由于这些树脂悠久的历史,大量专业且高效率的化学供应商将更愿意为3D打印树脂材料制造服务。

未来十年展望

三类塑料ABS、PLA和尼龙将在未来10年继续占据3D打印材料市场的最大份额。预计到2019年,这些材料的市场需求量将达到1.3万吨。

ABS和PLA继续满足3D打印的业务爱好者的需求,将为个人3D打印市场带来强大商机。

更多的耐用聚合物如TPU、聚碳酸酯和尼龙业将在未来十年赢得更多的市场份额。新材料在3D打印中的应用,能够帮助专业人士实现产品不同性能,提供重量更轻、性能更好的零部件料,减少次级安装程序,甚至让客户定制的医疗植入体和牙科解决方案成为可能,这将为相关的细分市场带来更多价值。

但是目前,设备制造商控制着3D打印材料的供应链,这减少了大材料公司的竞争机会。

不过,一些材料公司与小型设备厂合作,甚至自行研发3D打印设备。一些公司像CRP技术和DSM Somos正通过为汽车和牙科应用研发特殊材料以寻找商机。


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