波士顿,2022年12月21日/美通社/——“多样化和发展中”——这是描述目前增材制造聚合物材料组合广度的唯一方式。从形状因素不同的材料(即粉末、树脂、长丝)到材料性能(即柔性、增强、韧性等)再到应用(即医疗、工业、牙科等),很难定义足够合适的类别来充分覆盖这个多样化的市场。当人们考虑到每年有多少更多的聚合物被添加到AM市场时,这项工作变得更加困难!例如,仅在Formnext 2022年,IDTechEx跟踪大量公司宣布用于3D打印的新型高分子材料。此外,3D打印机制造商在打印机技术上不断创新(即反应性热固性挤压、选择性热塑性电子照相工艺(STEP)等),这随后需要更定制的聚合物材料来适应这些技术。
为了以最全面的方式细分市场,IDTechEx采用了多层方法。第一个是基于材料形状因素的高级细分:热塑性粉末、热塑性长丝和光聚树脂。这三家公司主导着聚合物3D打印行业。然而,每一种形式因素类别都包含大量的变化和材料的多样性,每一种都将有不同的增长趋势。例如,PLA(聚乳酸)长丝是一种长期存在的低成本材料,与PEEK(聚醚醚酮)长丝相比,其市场地位和发展轨迹有很大不同,PEEK长丝是一种高性能、更昂贵的材料。因此,进一步划分这三个类别,以检查更具体类别的发展趋势是很有帮助的。IDTechEx选择混合使用基于材料性质的类别(即工程(尼龙)、柔性、增强等)和基于应用的类别(即通用、支持、医疗保健等)来定义热塑性粉末的5个不同部分,热塑性长丝的6个,光聚树脂的6个,共17个不同部分的聚合物增材制造材料。
通过开发这些细分市场,然后预测它们10年的前景,IDTechEx发现,虽然长丝是2022年收入的主要原料形式,但它们正在迅速输给树脂和粉末,后者被用于更高产量的技术,原料更昂贵。这方面的主要例子是热塑性粉末,它受益于选择性激光烧结(SLS)和多射流聚变(MJF),这两种针对大批量应用的高通量打印技术。此外,最常见的热塑性粉末材料,尼龙,从大约100美元-120每公斤,远高于PLA等流行的热塑性纤维的起始价格15美元-20每公斤。这两个因素导致热塑性粉末销售产生的收入到2033年超过热塑性长丝和光聚树脂。
影响3D打印聚合物材料开发的驱动因素
虽然IDTechEx的这些预测分析了聚合物AM材料在未来10年将如何发展,但它们没有评论影响聚合物材料发展的市场力量,而这些力量对于充分了解聚合物AM材料行业至关重要。两个最重要的因素可以大致分为A)降低材料成本的需要和B)增加AM可用聚合物材料组合的需要。
首先,材料成本仍然是AM用户迫切关注的问题;根据跨国材料供应商捷普公司2021年的一项调查,53%的受访者表示,他们在3D打印方面面临的最大挑战是AM材料太贵,无法大规模使用。一般来说,3d打印部件的材料成本在最终单位成本中所占的比例要比传统制造部件高得多。诺丁汉大学一项进一步探索3D打印经济学的研究发现,对于给定的SLS部件,材料成本占总单位成本的近三分之一。虽然每公斤AM聚合物的成本预计会随着AM经济规模的扩大而下降,但鉴于AM用户对成本问题的关注,AM材料供应商仍在探索不同的方法来降低AM材料生产的固有成本。一种方法是降低初始原料成本,以降低最终AM材料的成本;一些公司着眼于将废物或回收材料转化为长丝,而波兰初创企业alphapowder正在开发将廉价合成的热塑性粉末转化为am级粉末的设备。另一种方法是开发成本较低的am材料生产设备;DLR复合结构和自适应系统研究所试图通过制造低成本的生产设备来降低连续纤维聚合物复合材料的生产成本。另一种方法是使用增材设计技术,如生成设计和晶格结构,以减少与传统制造部件相比的材料消耗; while this does not change the base cost of the material per kilo, it does help lower the total materials cost per part.
其次,缺乏必要的材料是AM用户的另一个担忧,同样是在2021年Jabil调查中发现,三分之一的AM用户受访者认为,3D打印所需的材料无法获得是一个关键挑战。最终应用最需要的高性能聚合物往往是最昂贵的,这也加剧了这一挑战。尽管如此,3D打印公司继续通过发布新材料来解决这一挑战,这些新材料通常针对特定的高性能行业。例如,像Desktop Metal和PrintFoam这样的多家公司已经为3D打印开发了“真正的”泡沫材料,旨在改进3D打印中常见的“数字”泡沫,它不是通过使用实际的发泡材料,而是通过打印开孔晶格结构来模拟泡沫。另一个例子是Fortify(与Rogers Corporation合作)和Nanoe等公司为射频应用开发的介电材料。其他进入市场的材料包括室温固化聚氨酯,如Chromatic 3D materials和PPG Industries开发的聚氨酯,以及粘性光敏聚合物树脂,如Cubicure、BCN3D(与Arkema合作)和Quantica开发的聚氨酯。尽管如此,要使3D打印的高性能材料组合接近注塑或挤压的水平,还需要做很多工作。
总的来说,IDTechEx发现这两个问题在未来十年17种聚合物AM材料的发展中都发挥着重要作用;值得关注的是,哪些其他挑战将成为主要影响因素。
聚合物增材制造市场预测
IDTechEx的“2023-2033年聚合物增材制造:技术与市场展望报告预测了聚合物AM市场的未来收入、安装基础和材料需求,同时仔细划分了聚合物AM技术和材料市场,分为10个工艺类别、3个材料形状因素和17个单独的材料类别。此外,IDTechEx全面分析了20种成熟和新兴的聚合物打印技术,并对聚合物AM材料市场进行了详细讨论。有关该市场的进一步信息,包括主要参与者的访谈简介、技术基准研究、颗粒状的10年市场预测和应用案例研究,请参阅市场报告。2023-2033年聚合物增材制造:技术与市场展望".
有关本报告的更多信息,包括可下载的示例页,请访问www.IDTechEx.com/polymerAM.
有关IDTechEx提供的3D打印研究的完整组合,请访问www.IDTechEx.com/Research/3D.
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