材料瓶颈已经成为限制3D打印发展的首要问题

核心提示：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

“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。”