3D打印所需材料技术壁垒高

　　“材料瓶颈已经成为限制3D打印发展的首要问题。因为未来3D打印的真正发展将在高端领域即工业应用,而目前高端打印材料的发展尚无法满足3D打印技术发展的需要。”浙江省钎焊材料与技术重点实验室副主任、浙江亚通焊材有限公司高级工程师刘平在接受《企业观察报》记者采访时表示。

　　随着3D打印越来越受到人们的关注,相关问题也随之浮出水面。专家表示,要冷静看待3D产业,防止一窝蜂涌入,从而步光伏产业的后尘。

　　材料种类少、问题多

　　3D打印主要由设备、软件、材料三部分组成,其中材料是不可或缺的环节。“而现在业界主要研究的是设备和软件,对材料研究还不够重视。”刘平说。

　　理论上来说,所有的材料都可以用于3D打印,但目前主要以石膏、光敏树脂、塑料为主,这很难满足大众用户的需求。

　　工业级的3D打印材料更是十分有限,目前适用的金属材料只有10余种,而且只有专用的金属粉末材料才能满足金属零件的打印需要。

　　需要用到金属粉末材料的3D打印为工业级打印机,即选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)技术。

　　“目前在工业级打印材料方面存在的问题主要是,第一,可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展;第二,打印流畅性不足;第三,材料强度不够;第四,材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾;第五是材料标准化及系列化规范的制定。

　　3D打印对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能要求很高。但目前还没有形成一个行业性的标准,因此在材料特性的选择上前期要花很长的时间。”刘平说。

　　价格高、研发难度大

　　根据不同的用途,金属材料制备的工件要求强度高、耐腐蚀、耐高温、比重小、具有良好的可烧结性等。同时,还要求材料无毒、环保;性能要稳定,能够满足打印机持续可靠运行。功能应该是越来越丰富,例如现在已对部分材料提出了导电、水溶、耐磨等要求。

　　另外,还有最重要的是经济性要好,简单说就是成本低,客户用得起。否则,很难在市场上大规模推广及应用。

　　原材料价格降低的的途径只能是关键技术的突破,但这难度比较大,在一些特殊领域要求非常高。比如在医学应用领域要做到无毒无害的同时还要做到生物相容性等,技术要求非常复杂,金属粉末的制备技术,即独特的雾化工艺和雾化制粉设备也都是难点。没有大量的研发攻关很难解决。

　　亚通公司在打印材料领域研发中已经经历了十多年时间,在雾化设备的国产化、独特的雾化工艺、雾化喷嘴设计的技术上都取得了一些关键性成果。

　　信息不对称、市场认可度低

　　“近年来,客户需求也在不断变化,要求越来越精细化,对材料的成分、工艺性、杂质含量等都要求更高。”刘平表示。

　　亚通焊材是国内钎焊材料行业的核心企业之一,特别在粉体的制备技术上拥有独特的优势,多年担任着中国电子材料协会副理事长单位,中国标准化技术委员会钎焊分会委员单位,也是多项国家标准的主要起草单位,拥有十多项国家发明专利。但是产品如何被市场认可和接受仍然是个大问题。

　　“主要是对国产材料的技术含量和水平不够信任。”刘平说在接触过程中了解到,企业普遍担心进口的国外机器比较贵,怕用国产材料损坏机器。关于这一点,刘平认为还是信息结构不对称造成的。目前国产高端材料在一定的领域已经取得了相当的成绩。歼-15总设计师孙聪在两会期间透露,钛合金和M100钢的3D打印技术,已被广泛用于歼-15的主承力部分,包括整个前起落架。

　　需求促使企业转型

　　“国内的材料行业竞争激烈,利润薄,单纯地拼价格已经没有多大意义,因此,我们也面临着转型升级的挑战,必须采用高新技术占领市场。”刘平说。

　　3D打印材料中以金属粉末应用市场最为广阔。因此,直接用金属粉末烧结成型三维零件是快速成形制造最终目标之一。由于各种金属材料的化学成分、物理性质不同,因此成型的机理也各具特征,对金属粉末的性能要求也更为严苛。

　　目前仅德国的EOS公司能生产出有限的几种金属粉末,如:不锈钢粉、铝硅粉、钛合金粉,但价格是传统粉体的10-20倍。“因此,这对于我们公司制粉研发部门来说正是一个契机,也是公司完成转型升级的一个先机。目前需要加强开展对现有材料的快速成形性相关研究,以满足快速成形技术的工业化需求。”刘平告诉记者。

　　“我们不可能永远用国外的设备,随着我国高端制造业的升级发展,国产化将会成为趋势。随之带来的首要变化必将是材料企业向技术含量更高,产品附加值更高的水平发展。”刘平显然信心十足,“而随着3D打印技术的成熟,金属材料的形态可能会越来越丰富,如粉状,丝状,带状。金属材料将在生物医学、航空航天等领域具有广阔的应用前景和生命力。”