3D打印新材料有望華麗轉(zhuǎn)身 書寫增材制造新篇章

　導讀：作為3D打印原材料的化工新材料，如聚合物塑料、光敏樹脂、橡膠類材料等，也有望華麗轉(zhuǎn)身，站上朝陽產(chǎn)業(yè)風口。
　　　　
　　近年來，世界范圍內(nèi)掀起的3D打印熱潮引起了社會廣泛關注。3D打印技術(shù)將信息技術(shù)與工業(yè)制造完美結(jié)合，以柔性化的生產(chǎn)方式滿足了不斷增強的個性化需求，實現(xiàn)了制造技術(shù)的革命性突破。這個被譽為“第三次工業(yè)革命”前奏的新興產(chǎn)業(yè)，無疑將會帶來全球制造業(yè)經(jīng)濟的重大變革。作為3D打印原材料的化工新材料，如聚合物塑料、光敏樹脂、橡膠類材料等，也有望華麗轉(zhuǎn)身，站上朝陽產(chǎn)業(yè)風口。
　　
　　市場“錢”景多大？
　　
　　2020年市值14億美元
　　
　　“目前，3D打印可使用的基礎原材料主要包括高分子材料、金屬和無機非金屬材料三大類。其中，化工類的主要是高分子材料，如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PLA(聚丙交酯)、PC(聚碳酸酯)、尼龍粉、石膏粉、光敏樹脂、PVC等，一般用于3D打印的先進光聚合物包括模擬聚丙烯、模擬ABS、透明光聚合物、橡膠狀的光聚合物以及醫(yī)療和牙科光聚合物。國際與國內(nèi)3D打印技術(shù)正在向成熟方向邁進，產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場拓展不斷擴大，對化工新材料的需求與日俱增，材料市場價值逐漸提升。”國務院發(fā)展研究中心研究員胡瑞平如是說。
　　
　　據(jù)他介紹，3D打印是快速成型技術(shù)的一種，又稱作增材制造，主要應用于產(chǎn)品模型、模具制造、航空航天、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意以及個性化定制等領域。從工信部等有關部門研究報告分析來看，今后美國、日本、中國、德國、英國對3D打印材料的需求較大。2012年北美和亞太地區(qū)3D打印材料銷售收入占全球的68%，其中北美地區(qū)市場收入最高，其次是亞太地區(qū)。預計未來隨著3D打印在亞太地區(qū)的推廣，亞洲有望成為3D打印材料需求增長最快的地區(qū)。
　　
　　他說，3D打印材料的發(fā)展直接決定著3D打印能否有更廣泛的應用。未來5年中，3D打印用化工新材料在醫(yī)療和牙科領域市場消費需求將明顯增大，珠寶首飾、電子信息、建筑、航空航天、汽車等領域也將增大。其中，3D打印用化工新材料在電子工業(yè)和汽車工業(yè)的應用將進一步擴大和深入；消費量最大的ABS、PLA、PC行業(yè)，將在原型機制造和桌面3D打印市場得到迅速擴張。
　　
　　最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，預計到2020年，全球3D打印材料市值將達到14億美元，年均增長率為20%，重量達20億千克。
　　
　　胡瑞平表示，各類3D打印材料中，高分子材料還將持續(xù)占據(jù)主導地位。2015年，3D打印對塑料市場需求達9000萬美元，到2018年，需求規(guī)模將達到2億美元。熱塑性樹脂會是增長最快的一類化工材料，其中包括ABS、PLA、軟質(zhì)PLA、PVA（聚乙烯醇）、PC和PA（聚酰胺），年增長率約20%。這類材料2013年的市值僅為6450萬美元，預測到2019年將上升至1.926億美元。另外，光聚合物是3D打印材料中占比最大的一類，預計至2019年市值將達3.8億美元，年均增長率約15%。
　　
　　哪些材料被看好？
　　
　　尼龍新材光敏樹脂ABSPLA
　　
　　那么，3D打印高分子材料行業(yè)“錢”景如何抓住呢？內(nèi)蒙古科技大學化工學院院長王亞雄教授告訴記者，3D打印所用化工原材料都是專門針對3D打印設備和工藝而研發(fā)的，與普通的塑料、石膏、樹脂技術(shù)性能等區(qū)別很大。其形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等，對傳統(tǒng)化工企業(yè)生產(chǎn)的3D打印材料在性能和適用性方面提出了更高的要求。例如，材料必須具備可液化、絲化、粉末化的性質(zhì)；在計算機軟件控制打印后還要能重新粘結(jié)成型；由于打印設備的類型及操作條件各異，粉末狀3D打印材料的粒徑要求為1~100μｍ不等規(guī)格；具有高球形度以保持良好的流動性；具備性能穩(wěn)定，滿足3D打印連續(xù)生產(chǎn)的需要；功能豐富，具有導電、水溶、耐磨、安全、綠色環(huán)保的特性。
　　
　　王亞雄指出，未來5年，更多的高分子材料種類有望進入3D打印材料領域，包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、PET（聚對苯二甲酸乙二酯）、TPU（熱塑性聚氨酯）、PBA（聚丙烯酸丁酯）、聚甲醛、聚乙烯醇和可替代生物塑料、透明材料、柔性材料，以及納米增強塑料等，而且部分將成為3D打印行業(yè)內(nèi)頗具競爭優(yōu)勢的化工新材料“新星”。
　　
　　“多年來，設備制造商基本壟斷了3D打印材料的供應鏈，但目前，這種局面正在被打破。大量投資涌入3D打印材料行業(yè)，新興企業(yè)與傳統(tǒng)化工新材料企業(yè)正悄然崛起。”上海東寶富能科技有限公司總經(jīng)理趙衛(wèi)中向記者描述，他接著分析，化工新材料中的尼龍、ABS和PLA將在未來5年繼續(xù)占據(jù)3D打印材料市場的最大份額。
　　
　　王亞雄建議，化工新材料企業(yè)要瞄準市場需求，力求提升3D打印材料綜合技術(shù)性能，同時加快開發(fā)前瞻性、多樣性的3D打印化工新材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復合材料等。
　　
　　投資要看好方向，才能獲得更好收益。趙衛(wèi)中透露了幾種具有代表性的產(chǎn)品：
　　
　　一是尼龍新材料。預計到2019年，尼龍將在3D打印材料市場占據(jù)30%的份額。因為企業(yè)可以從技術(shù)上利用輸出變形編程，控制3D打印尼龍部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改變纖維序列提高部件性能，使尼龍材料相對優(yōu)勢更明顯。目前市場供應方面，尼龍粉末生產(chǎn)廠家較少，只有國外的阿科瑪、贏創(chuàng)、Arzuano、ExcelTec和羅地亞等企業(yè)。我國企業(yè)多生產(chǎn)低端激光燒結(jié)工藝的尼龍粉末等，亟待介入高端產(chǎn)品。
　　
　　二是光敏樹脂材料。光敏樹脂將主要應用在原型設計和口腔醫(yī)療行業(yè)，投資收益率仍然較高。國內(nèi)傳統(tǒng)化工企業(yè)可介入3D打印樹脂材料制造，成為其主力供應方。未來10年，隨著樹脂材質(zhì)的不斷提高，3D打印技術(shù)將生產(chǎn)出更強大的樹脂功能原型部件，直接使用在高性能汽車行業(yè)及航天航空領域。
　　
　　三是ABS和PLA。ABS和PLA將進一步發(fā)展，升級為綠色3D打印新材料。新型ABS材料將突破過去30年發(fā)展中材料物理特性的限制，從透明度、防火、顏色和耐化學腐蝕性等多方面展現(xiàn)出新性能。其中，ABS1.75毫米單絲纖維直徑逐漸成為標準加工直徑，其產(chǎn)能將大幅提高。PLA隨著綠色環(huán)保概念訴求的不斷增加，將逐漸成為3D打印生產(chǎn)應用中使用量最多的材料。
　　
　　與國外差距在哪？
　　
　　性能不足成本高
　　
　　胡瑞平研究員說，國家已經(jīng)出臺多項產(chǎn)業(yè)政策措施，積極推進3D打印新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車道。2015年2月，為落實國務院關于發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決策部署，搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大機遇，加快推進我國增材制造（又稱“3D打印”）產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財政部研究制定了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》，為3D打印化工新材料帶來難得的發(fā)展機遇和廣闊的發(fā)展空間。
　　
　　但目前，我國3D打印存在較多問題，突出表現(xiàn)為對外依存度較高。王亞雄告訴記者，主要原因有兩方面：一方面我國3D打印化工新材料技術(shù)研發(fā)基礎薄弱，與美國、德國等相對成熟技術(shù)相差較大。目前，國內(nèi)僅有10多所科研機構(gòu)涉及該領域研究，力量和資金投入方面還不足，也因此造成了我國3D打印化工原材料質(zhì)量不穩(wěn)定、品種較為單一的現(xiàn)狀，甚至部分研發(fā)用實驗材料也得依賴進口。例如，國內(nèi)的光面樹脂就遭遇研發(fā)時間長、材料配比技術(shù)難掌握等方面的研發(fā)難題，不得不從國外進口實驗材料。
　　
　　另一方面，國內(nèi)3D打印技術(shù)還處于起步發(fā)展階段，與3D打印化工新材料的發(fā)展表現(xiàn)為相互制約。目前，國內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模偏小，導致國內(nèi)專業(yè)從事3D打印化工新材料生產(chǎn)的企業(yè)并不多。另外，國內(nèi)只具備生產(chǎn)精度和強度都比較低的3D打印化工新材料的條件，限制了國內(nèi)3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用。
　　
　　胡瑞平同樣認為，我國3D打印化工新材料的研發(fā)和應用與先進國家相比還存在較大差距，打破包括化工新材料在內(nèi)對3D打印發(fā)展的制約非常關鍵。雖然3D金屬材料比重上升，但化工高分子聚合物材料仍是未來市場的主導材料。我國3D打印原材料比如各類高分子都缺乏相關產(chǎn)品標準，國內(nèi)有能力生產(chǎn)3D打印材料的企業(yè)很少，加之下游應用市場還沒有完全培育起來，所以現(xiàn)階段3D打印材料生成本較高，無法實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
　　
　　因此，胡瑞平、王亞雄和趙衛(wèi)中等業(yè)界專家建議，希望國家和地方政府繼續(xù)加大政策支持力度。一是加強3D打印材料相關政策的研究，適時出臺推動3D打印材料發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、財政、金融政策，為3D打印材料發(fā)展創(chuàng)造良好的宏觀政策環(huán)境。其中包括，加大政府對3D打印配套的化工新材料企業(yè)的政策和資金扶持，對研發(fā)生產(chǎn)3D打印材料的化工企業(yè)給予稅收減免或財政補貼，鼓勵企業(yè)積極進行材料研發(fā)。
　　
　　二是建立并完善3D打印化工新材料技術(shù)標準體系，提升標準技術(shù)水平。開發(fā)3D打印化工新材料質(zhì)量測試程序和方法，建立行業(yè)統(tǒng)一的質(zhì)量標準體系，保證材料的穩(wěn)定性和可靠性。
　　
　　三是化工新材料企業(yè)要發(fā)揮企業(yè)市場主體作用，加快3D打印化工新材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程。傳統(tǒng)化工新材料生產(chǎn)企業(yè)要積極參與3D打印材料的研發(fā)和生產(chǎn)，逐步增加3D打印化工材料研發(fā)投入，擴大3D打印材料生產(chǎn)規(guī)模。同時，企業(yè)還要加強與高?？蒲性核a(chǎn)學研合作，培養(yǎng)3D打印化工材料人才。
　　
　　四是通過加強上游材料、中游3D打印設備、下游產(chǎn)品等各個環(huán)節(jié)的交流合作，推動3D打印逐步在部分領域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。3D打印要逐步形成“材料—制造—裝備—應用”協(xié)同發(fā)展的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式，助力3D打印化工新材料降低材料成本，實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。