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行業報告

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三大因素成熟,助推復合材料增材制造市場規模增長

增材制造技術,是一項綜合了數字建模、機電控制、材料科學等多個領域的新興技術。以其與傳統減材、等材成型制造完全不同的原理和技術優勢,受到世界各國的廣泛關注,其發展迅猛,成為制造技術領域不可或缺的前沿性、先導性的智能制造技術,是推動新一輪工業革命的源動力。西方發達國家將其列為戰略發展的關鍵技術。最初用于零部件模型制作、新設計思想的校驗等,現正被逐漸應用于一些產品的直接制造。目前,增材制造技術依托諸多學科的頂尖技術,在航空航天、汽車家電、生物醫藥、食品加工等領域得到了一定應用。


三大因素成熟,助推復合材料增材制造市場規模增長


據市場研究機構IDTechEx預測,到2031年,全球復合材料增強制造市場將達到20億美元,市場規模預計將增長10倍。
三大因素成熟,助推復合材料增材制造市場規模增長

三大因素成熟,助推復合材料增材制造市場規模增長


三大因素成熟,助推復合材料增材制造市場規模增長

在全球知名3D打印機制造商Markforged公司看來,隨著先進復合材料的進一步推廣,制造商可以生產出重量更輕、強度更高的部件,同時還能減少傳統制造方法所產生的浪費,這成為復合材料增材制造市場規模擴大的關鍵所在。該公司表示,“我們已看到對新復合材料以及新制造方式的市場需求在不斷增長。為了響應客戶的需求,我們將在今年晚些時候推出高性能3D打印機FX20。該3D打印機是我們開發過的最大、最快、最為復雜的打印機,將為航空航天、國防、汽車和石油天然氣等領域提供3D打印復合材料產品。”

三大因素成熟,助推復合材料增材制造市場規模增長
IDTechEx認為,未來10年,全球復合材料增材制造市場預計將增長10倍,在這一過程中,先進復合材料和高性能3D打印機將發揮關鍵作用。此外,該市場迎來爆發式增長,還包括以下一些條件的成熟:

01
技術成熟度

復合材料增材制造已經從聚合物以及金屬3D打印中獲益頗多,但要想充分利用纖維的各向異性特性,業界需要進一步研發技術,包括從3D打印機頭到軟件,都需要開展針對性的研發。


02
終端成熟度

對于終端用戶來說,他們需要時間發現3D打印產品的附加值以及驗證技術的可行性。現在,復合材料3D打印已經在許多應用領域建立起成功的案例,從輕量化到減少庫存成本、減少因更換模具、夾具而帶來的停機時間。當然,這些應用領域并非許多人所渴望的大批量終端部件生產,但毋容置疑,復合材料增材制造在模具、生產效率方面,特別是在中低批量的部件生產中,能夠帶來相當可觀的利潤。


03
供應鏈成熟度

對于復合材料增材制造這一新興行業來說,供應鏈成熟度往往是一個挑戰。但目前市場上已經出現了從材料制造商到分銷商的一些重要合作伙伴關系,這有助于消除這一痛點。

近年來,進入復合材料增材制造市場的資金、市場投入和新公司大幅增加。這種發展態勢是健康的,但唯一的問題可能是知識產權訴訟,這可能會減緩市場增長。由于大量資本涌入復合材料增材制造市場,IDTechEx預計,未來該領域將出現一些并購,從長期看,將會有更多的企業合并。


當然,在復合材料增材制造領域,技術進步還有很長的路要走。可以預見的是,未來10年,熱固性樹脂的發展將帶來許多令人興奮的創新。此外,復合材料制造自動化的發展——從簡單的撿取-鋪放機器人到快速預成型——也會給復合材料增材制造市場發展帶來助力。


總體上看,不同于傳統的復合材料制造技術,增材制造技術不需要加工制造產品模具,具有生產效率高,生產成本低等優點。而復合材料成型過程通常需要使用模具,模具結構和精度等要求比較高,將增材制造技術與復合材料生產相結合,提高增材制造構件的強度、剛度,同時解決復合材料生產過程中的技術、工藝等方面的問題,實現輕質高強的復雜結構零部件的“自由制造”是業界值得關注的課題。


目前,增材制造技術已經成為國內外研究的熱點,纖維增強樹脂基復合材料增材制造也已成為當前重點關注的研究熱點方向之一。特別是伴隨纖維增強樹脂基復合材料領域廣泛應用的需求,更加需要不斷研發新方法、新工藝與新裝備。在短纖維增強復合材料方面,經過機理和工藝的不斷研究,已經實現其增材制造,成形件的力學性能得到了不斷提高。但是,受限于樹脂基體的黏度,低玻璃化轉變溫度和較低的力學性能,仍需不斷開展研究以更好滿足航空航天、汽車電子等工業應用多樣性要求。


高性能的連續纖維增強復合材料增材制造是未來發展的重要方向,需通過開展相關研究,解決成形過程中孔隙多、界面結合性能差等問題,以大幅度提高纖維增強復合材料成形件的力學性能。突破大型、變曲率變截面多材料結構復合材料構件的增材制造成形技術,包括多材料性能匹配、界面結合及制造工藝的相關研究。揭示增材制造成形過程中多工藝多參數耦合、成形件翹曲變形機理,研發大型、超大型復合材料構件的增材制造成形裝備,不斷提高復合材料構件性能,更好應用到航空航天、軌道交通、汽車船舶等行業,助力高端裝備創新發展。


三大因素成熟,助推復合材料增材制造市場規模增長


本文由中國復合材料工業協會綜編,文章不用于商業目的,僅供行業人士交流。轉載請注明來自中國復合材料工業協會。


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