“材料瓶頸已經(jīng)成為限制3D打印發(fā)展的首要問題。因?yàn)槲磥?D打印的真正發(fā)展將在高端領(lǐng)域即工業(yè)應(yīng)用，而目前高端打印材料的發(fā)展尚無法滿足3D打印技術(shù)發(fā)展的需要。”浙江省釬焊材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、浙江亞通焊材有限公司高級(jí)工程師劉平在接受《企業(yè)觀察報(bào)》記者采訪時(shí)表示。

材料種類少、問題多

3D打印主要由設(shè)備、軟件、材料三部分組成，其中材料是不可或缺的環(huán)節(jié)。“而現(xiàn)在業(yè)界主要研究的是設(shè)備和軟件，對(duì)材料研究還不夠重視。”劉平說。

理論上來說，所有的材料都可以用于3D打印，但目前主要以石膏、光敏樹脂、塑料為主，這很難滿足大眾用戶的需求。

工業(yè)級(jí)的3D打印材料更是十分有限，目前適用的金屬材料只有10余種，而且只有專用的金屬粉末材料才能滿足金屬零件的打印需要。

需要用到金屬粉末材料的3D打印為工業(yè)級(jí)打印機(jī)，即選擇性激光燒結(jié)(SLS)和選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)。

“目前在工業(yè)級(jí)打印材料方面存在的問題主要是，第一，可適用的材料成熟度跟不上3D市場(chǎng)的發(fā)展;第二，打印流暢性不足;第三，材料強(qiáng)度不夠;第四，材料對(duì)人體的安全性與對(duì)環(huán)境的友好性的矛盾;第五是材料標(biāo)準(zhǔn)化及系列化規(guī)范的制定。

3D打印對(duì)粉末材料的粒度分布、松裝密度、氧含量、流動(dòng)性等性能要求很高。但目前還沒有形成一個(gè)行業(yè)性的標(biāo)準(zhǔn)，因此在材料特性的選擇上前期要花很長(zhǎng)的時(shí)間。”劉平說。

價(jià)格高、研發(fā)難度大

根據(jù)不同的用途，金屬材料制備的工件要求強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、比重小、具有良好的可燒結(jié)性等。同時(shí)，還要求材料無毒、環(huán)保;性能要穩(wěn)定，能夠滿足打印機(jī)持續(xù)可靠運(yùn)行。功能應(yīng)該是越來越豐富，例如現(xiàn)在已對(duì)部分材料提出了導(dǎo)電、水溶、耐磨等要求。

另外，還有最重要的是經(jīng)濟(jì)性要好，簡(jiǎn)單說就是成本低，客戶用得起。否則，很難在市場(chǎng)上大規(guī)模推廣及應(yīng)用。

原材料價(jià)格降低的的途徑只能是關(guān)鍵技術(shù)的突破，但這難度比較大，在一些特殊領(lǐng)域要求非常高。比如在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域要做到無毒無害的同時(shí)還要做到生物相容性等，技術(shù)要求非常復(fù)雜，金屬粉末的制備技術(shù)，即獨(dú)特的霧化工藝和霧化制粉設(shè)備也都是難點(diǎn)。沒有大量的研發(fā)攻關(guān)很難解決。

亞通公司在打印材料領(lǐng)域研發(fā)中已經(jīng)經(jīng)歷了十多年時(shí)間，在霧化設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化、獨(dú)特的霧化工藝、霧化噴嘴設(shè)計(jì)的技術(shù)上都取得了一些關(guān)鍵性成果。

信息不對(duì)稱、市場(chǎng)認(rèn)可度低

“近年來，客戶需求也在不斷變化，要求越來越精細(xì)化，對(duì)材料的成分、工藝性、雜質(zhì)含量等都要求更高。”劉平表示。

亞通焊材是國(guó)內(nèi)釬焊材料行業(yè)的核心企業(yè)之一，特別在粉體的制備技術(shù)上擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，多年擔(dān)任著中國(guó)電子材料協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)單位，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)釬焊分會(huì)委員單位，也是多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位，擁有十多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。但是產(chǎn)品如何被市場(chǎng)認(rèn)可和接受仍然是個(gè)大問題。

“主要是對(duì)國(guó)產(chǎn)材料的技術(shù)含量和水平不夠信任。”劉平說在接觸過程中了解到，企業(yè)普遍擔(dān)心進(jìn)口的國(guó)外機(jī)器比較貴，怕用國(guó)產(chǎn)材料損壞機(jī)器。關(guān)于這一點(diǎn)，劉平認(rèn)為還是信息結(jié)構(gòu)不對(duì)稱造成的。目前國(guó)產(chǎn)高端材料在一定的領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)某煽?jī)。殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰在兩會(huì)期間透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)，已被廣泛用于殲-15的主承力部分，包括整個(gè)前起落架。

需求促使企業(yè)轉(zhuǎn)型

“國(guó)內(nèi)的材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，利潤(rùn)薄，單純地拼價(jià)格已經(jīng)沒有多大意義，因此，我們也面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的挑戰(zhàn)，必須采用高新技術(shù)占領(lǐng)市場(chǎng)。”劉平說。

3D打印材料中以金屬粉末應(yīng)用市場(chǎng)最為廣闊。因此，直接用金屬粉末燒結(jié)成型三維零件是快速成形制造最終目標(biāo)之一。由于各種金屬材料的化學(xué)成分、物理性質(zhì)不同，因此成型的機(jī)理也各具特征，對(duì)金屬粉末的性能要求也更為嚴(yán)苛。

目前僅德國(guó)的EOS公司能生產(chǎn)出有限的幾種金屬粉末，如：不銹鋼粉、鋁硅粉、鈦合金粉，但價(jià)格是傳統(tǒng)粉體的10-20倍。“因此，這對(duì)于我們公司制粉研發(fā)部門來說正是一個(gè)契機(jī)，也是公司完成轉(zhuǎn)型升級(jí)的一個(gè)先機(jī)。目前需要加強(qiáng)開展對(duì)現(xiàn)有材料的快速成形性相關(guān)研究，以滿足快速成形技術(shù)的工業(yè)化需求。”劉平告訴記者。

“我們不可能永遠(yuǎn)用國(guó)外的設(shè)備，隨著我國(guó)高端制造業(yè)的升級(jí)發(fā)展，國(guó)產(chǎn)化將會(huì)成為趨勢(shì)。隨之帶來的首要變化必將是材料企業(yè)向技術(shù)含量更高，產(chǎn)品附加值更高的水平發(fā)展。”劉平顯然信心十足，“而隨著3D打印技術(shù)的成熟，金屬材料的形態(tài)可能會(huì)越來越豐富，如粉狀，絲狀，帶狀。金屬材料將在生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和生命力。