根據(jù)市場(chǎng)研究咨詢機(jī)構(gòu)AMPower, 2022年增材制造市場(chǎng)發(fā)生顯著變化，航天軍工的需求強(qiáng)勢(shì)崛起，導(dǎo)致包括對(duì)選區(qū)熔融金屬3D打印、電弧熔絲增材制造技術(shù)、激光沉積送粉成形、復(fù)合材料增材制造技術(shù)的需求都發(fā)生了急劇的增長需求。根據(jù)AMPower 2023全球工業(yè)增材制造市場(chǎng)報(bào)告，2022年選區(qū)熔融金屬3D打印的一個(gè)直觀的發(fā)展趨勢(shì)是超過600厘米加工尺寸的大型設(shè)備需求上升，其中航空航天領(lǐng)域購買的金屬3D打印設(shè)備單臺(tái)均價(jià)在100萬歐元以上，一方面滿足大尺寸加工零件需求，一方面滿足小批量零件的量產(chǎn)制造需求。

更大、更高生產(chǎn)力

根據(jù)市場(chǎng)研究咨詢機(jī)構(gòu)AMPower, 2022年全球金屬3D打印設(shè)備銷售額達(dá)到了10億歐元，航天應(yīng)用占據(jù)了1.68億歐元的金屬3D打印設(shè)備銷售，更多的金屬3D打印設(shè)備供應(yīng)商為了滿足航天國防領(lǐng)域的發(fā)展需求，將研發(fā)重心放在更大、更高生產(chǎn)力、魯棒性更高的設(shè)備開發(fā)。

航空航天增材制造應(yīng)用發(fā)展方向

大型金屬3D打印設(shè)備對(duì)打印區(qū)域內(nèi)優(yōu)化的空氣流動(dòng)提出了很高的要求，所對(duì)應(yīng)的零件的制造規(guī)格為大型復(fù)雜精密零件。

根據(jù)市場(chǎng)研究咨詢機(jī)構(gòu)AMPower, 2022年全球用于3D打印航天零件的支出增加了約90%，對(duì)應(yīng)著民航和國防的3D打印零件的支出分別增加了約63%和53%。包括航空航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的3D打印零件開發(fā)，以及超音速飛行器零件的開發(fā)。例如，鉑力特在第十四屆中國航展展出的整體陣面板大尺寸增材制造零件。該零件采用鉑力特選區(qū)激光熔化金屬3D打印設(shè)備進(jìn)行整體打印，材料為鋁合金，零件尺寸達(dá)1125mm×20mm×1300mm。鉑力特制造的3D打印整體陣面板采用了蒙皮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其內(nèi)部點(diǎn)陣完好，點(diǎn)陣絲徑0.5mm，最小蒙皮厚度0.5mm，蒙皮及點(diǎn)陣尺寸精度達(dá)0.05mm，整體輪廓度±0.5mm。蒙皮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)剛度好，在滿足零件功能及性能需求的情況下，可以盡可能地減小零件重量。

鉑力特增材制造的蒙皮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)

不斷刷新記錄

大型精密零件的開發(fā)制造需求驅(qū)動(dòng)著大型設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。AM 增材制造設(shè)備變得越來越大和復(fù)雜。例如，中國供應(yīng)商 EPLUS3D 的多激光金屬粉末床融合設(shè)備 EP-M1250 具有超過 1 米的構(gòu)建平臺(tái)。鉑力特的S1000成型尺寸1200x600x1500。SLM Solutions NXG600 XII 或 VELO3D 的 Sapphire XC 的多激光設(shè)備于 2022 年首次安裝在其用戶現(xiàn)場(chǎng)。

根據(jù)市場(chǎng)研究咨詢機(jī)構(gòu)AMPower, 等于和超過5個(gè)激光器的大型金屬3D打印設(shè)備在2022年從占據(jù)所有設(shè)備銷量的1%增加到了5%，單激光器則是從54%下降到了45%，即使100到150mm成型尺寸的齒科加工用途，也朝向更多激光器的方向發(fā)展。單激光器的市場(chǎng)份額將持續(xù)下降，在2027年或降低至11%～16%的水平。而多激光器的設(shè)備市場(chǎng)份額將持續(xù)上升。等于和超過5個(gè)激光器的大型金屬3D打印設(shè)備在2027年或?qū)⒄?0%～13%的市場(chǎng)份額

根據(jù)3D科學(xué)谷，粉末床熔融金屬3D打印方面，大型設(shè)備的發(fā)展始于2017年，GE發(fā)布了旗下Concept Laser ATLAS大型設(shè)備，這臺(tái)設(shè)備刷新了Concept Laser 2000R的記錄，Concept Laser開發(fā)的Right X LINE 2000R，2000R的構(gòu)建體積為0.8m×0.4m×0.5m，GE的開創(chuàng)性使得航空航天、汽車、石油和天然氣等行業(yè)的大型零部件制造商能夠根據(jù)自己的獨(dú)特需求進(jìn)行配置和定制。

2020年11月，德國選區(qū)激光熔化金屬3D打印設(shè)備制造商SLM Solutions （斯凌曼激光）發(fā)布了最新SLM3D打印設(shè)備-NXG XII 600，該設(shè)備配備了12個(gè)1千瓦的激光器和一個(gè)600x600x600毫米的成型艙室。歐洲某知名OEM已與SLM Solutions 簽訂5臺(tái)NXG XII 600設(shè)備采購意向書，第一臺(tái)設(shè)備將于2022年交付，這家OEM公司將成為首批受益于NXG XII 600設(shè)備的客戶之一，而設(shè)備將用于批量化零部件的生產(chǎn)。2021年9月，Morf3D正式與SLM Solutions 簽訂采購合同，SLM Solutions為Morf3D提供2臺(tái)SLM?500以及1臺(tái)NXG XII 600設(shè)備。這些設(shè)備將于航空航天零件的制造。2021年10月，在經(jīng)過與SLM Solutions 多年的合作開發(fā)之后，Divergent 再次投入3臺(tái)具有12激光器粉末床激光熔化3D打印設(shè)備-NXG XII 600。這些設(shè)備將用于提升Divergent的生產(chǎn)能力。

2021年12月,Velo3D宣布已交付了首臺(tái)Sapphire XC，這款機(jī)器具有8個(gè)1kW激光器，成型室尺寸為600mmx550mm的可擴(kuò)展空間。針對(duì)制造大型零件需要粉末均勻地被鋪在基板上。Sapphire XC的刮刀工藝（re-coater process）為非接觸式刮刀，刮刀在粉末層上面進(jìn)行一種非接觸式過程，確保粉末平整，適合生產(chǎn)薄壁大型零件。從2014年至今短短8年間，成為主流航空航天業(yè)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)的供應(yīng)商，Velo3D開辟了一條針對(duì)金屬3D打印走向產(chǎn)業(yè)化的痛點(diǎn)來開發(fā)設(shè)備與軟件解決方案的道路。

總體來說，3D打印進(jìn)入到規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域必須滿足以下條件：

- 必須是可預(yù)測(cè)的：用戶無法花費(fèi)數(shù)小時(shí)或數(shù)天的時(shí)間來通過反復(fù)試驗(yàn)為了制作第一個(gè)合格的零部件。

- 必須更快：優(yōu)先考慮減少構(gòu)建時(shí)間，這就是多激光3D打印設(shè)備越來越多地用于生產(chǎn)的原因。

- 必須準(zhǔn)確：在更高的速度和更復(fù)雜的零件上，需要更好的過程控制來始終如一地生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，同時(shí)減少后處理或返工。

- 必須穩(wěn)定：在生產(chǎn)環(huán)境中，激光器幾乎一直處于開啟狀態(tài)，以提供必要的通量，這些激光器需要可靠且易于維修。

在邁向可控、更快、更經(jīng)濟(jì)、更穩(wěn)定的賽道上，選區(qū)熔融金屬3D打印、電弧熔絲增材制造技術(shù)、激光沉積送粉成形等增材制造技術(shù)的發(fā)展將上一個(gè)新臺(tái)階。