发布时间: 2013-09-12 10:40:00
3D打印材料一直是国内3D打印业发展的一块心病，久治不愈。高端材料需要进口，材料价格昂贵，材料研发困难的问题无数次地在业内被提及。
高端材料研发困难的原因?研发的方向?瓶颈如何突破?
这些都是不得不去正视的问题。
材料的要求
1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。
2012年12月16日，增材制造技术国际论坛在武汉闭幕，中国首个3D打印工业园将落户武汉东湖高新(600133，股吧)区。
3D打印并非一项新鲜的技术，从第一台3D打印机面世到中国第一个3D打印工业园的建设，中间是二十多年的时间差。
二十八年，不是短的时间，3D打印技术为什么没能普及开来?
3D打印以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，被称为快速成型，也称为增材制造技术。
中国物联网校企联盟曾经表示，3D打印技术是“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。
属于这个世纪的3D打印市场，在中国这个市场的大戏才刚刚唱响，且前路上处处都是路障。
市场的广度不够，材料种类受限，材料造价高昂……
从3D打印技术登陆中国开始，材料需要进口，材料价格昂贵，材料研发困难的问题无数次地被媒体报道。
材料的困境，似乎已成为3D打印走向中国广阔市场的巨大掣肘。
目前，3D打印技术主要有3DP 技术、FDM熔融层积成型技术、SLA立体平版印刷技术、SLS选择性激光烧结、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术。
每一种打印技术对材料的要求不一样，市场运用范围的不同也对材料的要求不一样。
FDM技术通常使用廉价的ABS或PLA材料，SLA技术通常会选用光敏树脂类材料，SLS的通常会选用钛合金、石膏、尼龙等材料，使用LOM技术的主要使用PVC和纸张类材料……
在此之下，每个类别的材料还有多种细分。
Object公司现在已经可以使用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料，另外，两种材料的混搭使用、上色也已经实现。
但，这仅限于SLA工艺材料的应用。
材料突破由打印工艺推进
湖南华曙高科技有限责任公司销售经理郭远波加入华曙高科的时候，许小曙许博士刚从美国回来不久，并创立了华曙高科，主攻选择性激光烧结(SLS)设备制造、材料生产。
许博士曾经在DTM、3D Systems、Solid Concepts等数家美国增量制造龙头公司担任技术总监，增量制造领域最先进的技术和理念的掌握让他看到了国内的市场需求，他决定回到国内继续他的3D打印之路。
目前，华曙高科是国内唯一研究SLS材料有成果的公司，这得益于他们在SLS设备上的研发突破。
2012年夏，华曙高科制造的高端选择性激光尼龙烧结设备，正式启运返销美国。SLS尼龙粉末材料在供应国内市场的同时，也成功销往美国、瑞典、意大利等海外市场。
“其实材料研发并不是最大的困难，主要是得先有高端的设备才能研究顶级的材料。相应的，做不出高端打印设备的公司，也不需要高端的打印材料。想要打开目前的材料困局首先得研发相应的3D打印机。”
在郭远波的叙述里，3D打印材料和3D打印机是一条线上的系统，好比想要吃砂锅，那得先有砂锅，再去寻找适合在砂锅里煮的食材。
3D打印材料类似于3D打印机的配套，3D打印机在前，打印材料在后。
“并不是材料难以研发，而是3D打印机工艺的核心技术不在中国。”华曙高科营销总监刘延烽称。
要研发SLA的打印机，核心技术在Object公司，原母体还得找Object公司采购。
刘延烽和郭远波提到自家历时三年研发出来的SLS设备都充满了自豪，无论是自主知识产权控制软件ALL STAR V1.0，还是可以烧结多种高分子粉末材料的设备应用，或者0.1mm的尺度精准，都足以让他们感到光荣。
“材料决定着3D打印市场的宽广度，3D打印机工艺的研发是材料
研发的前提，没有一个厂家会在没有3D打印研发的背景下去研发材料的。如果3D打印工艺不能突破，材料的研发就会成为空谈。”郭远波称。
可以突破的瓶颈
3D打印会在生物、医疗等领域出尽风头已是不可争辩的事实，可材料的问题如影随形。
2013年6月，国际3D打印大会文化创意产业专题讨论会上，深圳光华伟业董事长杨义浒总结了国内3D打印材料发展上的三个瓶颈，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。
国内的3D打印材料满足不了3D打印市场的多元化需求，这已不是一天两天的问题。
这个制约着3D打印发展的瓶颈是否真的无法突破?
刘延烽觉得这个瓶颈是可以突破的，他们在SLS工艺材料上已有所得。
华曙高科历时两年多的时间，通过四万多次的实验，终于成功研发了尼龙材料、玻璃纤维、矿物纤维复合尼龙材料三种新材料，满足不同产品对不同强度的要求。
再加上华曙高科的SLS设备，这是一个开放式的平台，多种材料都可以在这个设备上打印，利用激光工程塑料的粉末的原理，广泛运用于各种工程材料的打印，可以说是突破了3D打印材料的瓶颈局限。
在价格上，华曙高科自主研发的SLS设备和国外同类型的设备相比较，国外的价格是他们的3倍以上。华曙高科研发的三种材料和国外同类材料相比，国外进口材料的价格是他们的2倍以上。
许小曙表示，“3D打印机在一定范围内的通用已成为一种趋势。”
未来的研发方向
据美国国家情报委员会预测，到2030年，3D打印有可能改变发展中国家和发达国家的工作模式。
但3D打印在目前的工艺水准和效率之下，还远远不能取代传统行业。
拿重庆的汽摩配件行业来说，汽摩配件行业制造一个配件需要先行制造模具，一般的制造时间为一个月，模具制造价格从几万到几十万不等。
模具制作之后不符合要求会重做，废弃的模具只能成为废品。但模具制作好后，每个配件的制作时间也就几分钟。
3D打印一个汽摩配件只需要2~3个小时，但设备造价较贵，以200万的设备成本来算，一个设备可用5~10年，每年平均下来20~40万。
从个性化的、少批量的角度来算，3D打印工艺只要符合汽摩配件的需求，无疑是划算的。
但从大批量的生产来算，模具仍旧会是主流，至少在效率和成本上模具比当下的3D打印技术更适合量产。
“从3D打印的工艺来说，应该是在时间效率上，也许以后工艺成熟后，不需要打印一个花两个多小时，也许两分钟就能达到，只有这样才能拥有更广的应用范围。”
郭远波试想过，或许以后工艺成熟后，每个小区都有一个3D打印店，你需要什么就打印什么，时间效率上的提升才会有量产的前提。
市场还处于一个培育的阶段。
刘延烽研究市场很久，“国内现在之所以市场不开阔，除了工艺上没突破，应用范围打不开之外，还有人才储备不足的问题，这一块的人才一直奇缺。”
Object公司在SLA两种材料的混搭使用、上色上的突破，华曙高科可以打印多种材料的SLS设备和应用更广的材料，都为未来的3D打印发展提供出清晰的思路。
效率更高的打印工艺，可用性更强、更廉价的材料已是不可避免的趋势。
或许，我们可以期待在将来的某一天会有一台万能的3D打印机出现，可以实现所有材料的打印。
(编辑：STUDIO3D)
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