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三大因素成熟,助推复合材料增材制造市场规模增长

增材制造技术,是一项综合了数字建模、机电控制、材料科学等多个领域的新兴技术。以其与传统减材、等材成型制造完全不同的原理和技术优势,受到世界各国的广泛关注,其发展迅猛,成为制造技术领域不可或缺的前沿性、先导性的智能制造技术,是推动新一轮工业革命的源动力。西方发达国家将其列为战略发展的关键技术。最初用于零部件模型制作、新设计思想的校验等,现正被逐渐应用于一些产品的直接制造。目前,增材制造技术依托诸多学科的顶尖技术,在航空航天、汽车家电、生物医药、食品加工等领域得到了一定应用。


三大因素成熟,助推复合材料增材制造市场规模增长


据市场研究机构IDTechEx预测,到2031年,全球复合材料增强制造市场将达到20亿美元,市场规模预计将增长10倍。
三大因素成熟,助推复合材料增材制造市场规模增长

三大因素成熟,助推复合材料增材制造市场规模增长


三大因素成熟,助推复合材料增材制造市场规模增长

在全球知名3D打印机制造商Markforged公司看来,随着先进复合材料的进一步推广,制造商可以生产出重量更轻、强度更高的部件,同时还能减少传统制造方法所产生的浪费,这成为复合材料增材制造市场规模扩大的关键所在。该公司表示,“我们已看到对新复合材料以及新制造方式的市场需求在不断增长。为了响应客户的需求,我们将在今年晚些时候推出高性能3D打印机FX20。该3D打印机是我们开发过的最大、最快、最为复杂的打印机,将为航空航天、国防、汽车和石油天然气等领域提供3D打印复合材料产品。”

三大因素成熟,助推复合材料增材制造市场规模增长
IDTechEx认为,未来10年,全球复合材料增材制造市场预计将增长10倍,在这一过程中,先进复合材料和高性能3D打印机将发挥关键作用。此外,该市场迎来爆发式增长,还包括以下一些条件的成熟:

01
技术成熟度

复合材料增材制造已经从聚合物以及金属3D打印中获益颇多,但要想充分利用纤维的各向异性特性,业界需要进一步研发技术,包括从3D打印机头到软件,都需要开展针对性的研发。


02
终端成熟度

对于终端用户来说,他们需要时间发现3D打印产品的附加值以及验证技术的可行性。现在,复合材料3D打印已经在许多应用领域建立起成功的案例,从轻量化到减少库存成本、减少因更换模具、夹具而带来的停机时间。当然,这些应用领域并非许多人所渴望的大批量终端部件生产,但毋容置疑,复合材料增材制造在模具、生产效率方面,特别是在中低批量的部件生产中,能够带来相当可观的利润。


03
供应链成熟度

对于复合材料增材制造这一新兴行业来说,供应链成熟度往往是一个挑战。但目前市场上已经出现了从材料制造商到分销商的一些重要合作伙伴关系,这有助于消除这一痛点。

近年来,进入复合材料增材制造市场的资金、市场投入和新公司大幅增加。这种发展态势是健康的,但唯一的问题可能是知识产权诉讼,这可能会减缓市场增长。由于大量资本涌入复合材料增材制造市场,IDTechEx预计,未来该领域将出现一些并购,从长期看,将会有更多的企业合并。


当然,在复合材料增材制造领域,技术进步还有很长的路要走。可以预见的是,未来10年,热固性树脂的发展将带来许多令人兴奋的创新。此外,复合材料制造自动化的发展——从简单的捡取-铺放机器人到快速预成型——也会给复合材料增材制造市场发展带来助力。


总体上看,不同于传统的复合材料制造技术,增材制造技术不需要加工制造产品模具,具有生产效率高,生产成本低等优点。而复合材料成型过程通常需要使用模具,模具结构和精度等要求比较高,将增材制造技术与复合材料生产相结合,提高增材制造构件的强度、刚度,同时解决复合材料生产过程中的技术、工艺等方面的问题,实现轻质高强的复杂结构零部件的“自由制造”是业界值得关注的课题。


目前,增材制造技术已经成为国内外研究的热点,纤维增强树脂基复合材料增材制造也已成为当前重点关注的研究热点方向之一。特别是伴随纤维增强树脂基复合材料领域广泛应用的需求,更加需要不断研发新方法、新工艺与新装备。在短纤维增强复合材料方面,经过机理和工艺的不断研究,已经实现其增材制造,成形件的力学性能得到了不断提高。但是,受限于树脂基体的黏度,低玻璃化转变温度和较低的力学性能,仍需不断开展研究以更好满足航空航天、汽车电子等工业应用多样性要求。


高性能的连续纤维增强复合材料增材制造是未来发展的重要方向,需通过开展相关研究,解决成形过程中孔隙多、界面结合性能差等问题,以大幅度提高纤维增强复合材料成形件的力学性能。突破大型、变曲率变截面多材料结构复合材料构件的增材制造成形技术,包括多材料性能匹配、界面结合及制造工艺的相关研究。揭示增材制造成形过程中多工艺多参数耦合、成形件翘曲变形机理,研发大型、超大型复合材料构件的增材制造成形装备,不断提高复合材料构件性能,更好应用到航空航天、轨道交通、汽车船舶等行业,助力高端装备创新发展。


三大因素成熟,助推复合材料增材制造市场规模增长


本文由中国复合材料工业协会综编,文章不用于商业目的,仅供行业人士交流。转载请注明来自中国复合材料工业协会。


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