3D打印新材料有望華麗轉身 書寫增材制造新篇章

　導讀：作為3D打印原材料的化工新材料，如聚合物塑料、光敏樹脂、橡膠類材料等，也有望華麗轉身，站上朝陽產業風口。
　　　　
　　近年來，世界范圍內掀起的3D打印熱潮引起了社會廣泛關注。3D打印技術將信息技術與工業制造完美結合，以柔性化的生產方式滿足了不斷增強的個性化需求，實現了制造技術的革命性突破。這個被譽為“第三次工業革命”前奏的新興產業，無疑將會帶來全球制造業經濟的重大變革。作為3D打印原材料的化工新材料，如聚合物塑料、光敏樹脂、橡膠類材料等，也有望華麗轉身，站上朝陽產業風口。
　　
　　市場“錢”景多大？
　　
　　2020年市值14億美元
　　
　　“目前，3D打印可使用的基礎原材料主要包括高分子材料、金屬和無機非金屬材料三大類。其中，化工類的主要是高分子材料，如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PLA(聚丙交酯)、PC(聚碳酸酯)、尼龍粉、石膏粉、光敏樹脂、PVC等，一般用于3D打印的先進光聚合物包括模擬聚丙烯、模擬ABS、透明光聚合物、橡膠狀的光聚合物以及醫療和牙科光聚合物。國際與國內3D打印技術正在向成熟方向邁進，產業規模和市場拓展不斷擴大，對化工新材料的需求與日俱增，材料市場價值逐漸提升。”國務院發展研究中心研究員胡瑞平如是說。
　　
　　據他介紹，3D打印是快速成型技術的一種，又稱作增材制造，主要應用于產品模型、模具制造、航空航天、生物醫療、文化創意以及個性化定制等領域。從工信部等有關部門研究報告分析來看，今后美國、日本、中國、德國、英國對3D打印材料的需求較大。2012年北美和亞太地區3D打印材料銷售收入占全球的68%，其中北美地區市場收入最高，其次是亞太地區。預計未來隨著3D打印在亞太地區的推廣，亞洲有望成為3D打印材料需求增長最快的地區。
　　
　　他說，3D打印材料的發展直接決定著3D打印能否有更廣泛的應用。未來5年中，3D打印用化工新材料在醫療和牙科領域市場消費需求將明顯增大，珠寶首飾、電子信息、建筑、航空航天、汽車等領域也將增大。其中，3D打印用化工新材料在電子工業和汽車工業的應用將進一步擴大和深入；消費量最大的ABS、PLA、PC行業，將在原型機制造和桌面3D打印市場得到迅速擴張。
　　
　　最新統計數據顯示，預計到2020年，全球3D打印材料市值將達到14億美元，年均增長率為20%，重量達20億千克。
　　
　　胡瑞平表示，各類3D打印材料中，高分子材料還將持續占據主導地位。2015年，3D打印對塑料市場需求達9000萬美元，到2018年，需求規模將達到2億美元。熱塑性樹脂會是增長最快的一類化工材料，其中包括ABS、PLA、軟質PLA、PVA（聚乙烯醇）、PC和PA（聚酰胺），年增長率約20%。這類材料2013年的市值僅為6450萬美元，預測到2019年將上升至1.926億美元。另外，光聚合物是3D打印材料中占比最大的一類，預計至2019年市值將達3.8億美元，年均增長率約15%。
　　
　　哪些材料被看好？
　　
　　尼龍新材光敏樹脂ABSPLA
　　
　　那么，3D打印高分子材料行業“錢”景如何抓住呢？內蒙古科技大學化工學院院長王亞雄教授告訴記者，3D打印所用化工原材料都是專門針對3D打印設備和工藝而研發的，與普通的塑料、石膏、樹脂技術性能等區別很大。其形態一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等，對傳統化工企業生產的3D打印材料在性能和適用性方面提出了更高的要求。例如，材料必須具備可液化、絲化、粉末化的性質；在計算機軟件控制打印后還要能重新粘結成型；由于打印設備的類型及操作條件各異，粉末狀3D打印材料的粒徑要求為1~100μｍ不等規格；具有高球形度以保持良好的流動性；具備性能穩定，滿足3D打印連續生產的需要；功能豐富，具有導電、水溶、耐磨、安全、綠色環保的特性。
　　
　　王亞雄指出，未來5年，更多的高分子材料種類有望進入3D打印材料領域，包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、PET（聚對苯二甲酸乙二酯）、TPU（熱塑性聚氨酯）、PBA（聚丙烯酸丁酯）、聚甲醛、聚乙烯醇和可替代生物塑料、透明材料、柔性材料，以及納米增強塑料等，而且部分將成為3D打印行業內頗具競爭優勢的化工新材料“新星”。
　　
　　“多年來，設備制造商基本壟斷了3D打印材料的供應鏈，但目前，這種局面正在被打破。大量投資涌入3D打印材料行業，新興企業與傳統化工新材料企業正悄然崛起。”上海東寶富能科技有限公司總經理趙衛中向記者描述，他接著分析，化工新材料中的尼龍、ABS和PLA將在未來5年繼續占據3D打印材料市場的最大份額。
　　
　　王亞雄建議，化工新材料企業要瞄準市場需求，力求提升3D打印材料綜合技術性能，同時加快開發前瞻性、多樣性的3D打印化工新材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及復合材料等。
　　
　　投資要看好方向，才能獲得更好收益。趙衛中透露了幾種具有代表性的產品：
　　
　　一是尼龍新材料。預計到2019年，尼龍將在3D打印材料市場占據30%的份額。因為企業可以從技術上利用輸出變形編程，控制3D打印尼龍部件的內部結構，改變纖維序列提高部件性能，使尼龍材料相對優勢更明顯。目前市場供應方面，尼龍粉末生產廠家較少，只有國外的阿科瑪、贏創、Arzuano、ExcelTec和羅地亞等企業。我國企業多生產低端激光燒結工藝的尼龍粉末等，亟待介入高端產品。
　　
　　二是光敏樹脂材料。光敏樹脂將主要應用在原型設計和口腔醫療行業，投資收益率仍然較高。國內傳統化工企業可介入3D打印樹脂材料制造，成為其主力供應方。未來10年，隨著樹脂材質的不斷提高，3D打印技術將生產出更強大的樹脂功能原型部件，直接使用在高性能汽車行業及航天航空領域。
　　
　　三是ABS和PLA。ABS和PLA將進一步發展，升級為綠色3D打印新材料。新型ABS材料將突破過去30年發展中材料物理特性的限制，從透明度、防火、顏色和耐化學腐蝕性等多方面展現出新性能。其中，ABS1.75毫米單絲纖維直徑逐漸成為標準加工直徑，其產能將大幅提高。PLA隨著綠色環保概念訴求的不斷增加，將逐漸成為3D打印生產應用中使用量最多的材料。
　　
　　與國外差距在哪？
　　
　　性能不足成本高
　　
　　胡瑞平研究員說，國家已經出臺多項產業政策措施，積極推進3D打印新材料產業發展步入快車道。2015年2月，為落實國務院關于發展戰略性新興產業的決策部署，搶抓新一輪科技革命和產業變革的重大機遇，加快推進我國增材制造（又稱“3D打印”）產業健康有序發展，工業和信息化部、發展改革委、財政部研究制定了《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》，為3D打印化工新材料帶來難得的發展機遇和廣闊的發展空間。
　　
　　但目前，我國3D打印存在較多問題，突出表現為對外依存度較高。王亞雄告訴記者，主要原因有兩方面：一方面我國3D打印化工新材料技術研發基礎薄弱，與美國、德國等相對成熟技術相差較大。目前，國內僅有10多所科研機構涉及該領域研究，力量和資金投入方面還不足，也因此造成了我國3D打印化工原材料質量不穩定、品種較為單一的現狀，甚至部分研發用實驗材料也得依賴進口。例如，國內的光面樹脂就遭遇研發時間長、材料配比技術難掌握等方面的研發難題，不得不從國外進口實驗材料。
　　
　　另一方面，國內3D打印技術還處于起步發展階段，與3D打印化工新材料的發展表現為相互制約。目前，國內3D打印產業規模偏小，導致國內專業從事3D打印化工新材料生產的企業并不多。另外，國內只具備生產精度和強度都比較低的3D打印化工新材料的條件，限制了國內3D打印技術的產業化應用。
　　
　　胡瑞平同樣認為，我國3D打印化工新材料的研發和應用與先進國家相比還存在較大差距，打破包括化工新材料在內對3D打印發展的制約非常關鍵。雖然3D金屬材料比重上升，但化工高分子聚合物材料仍是未來市場的主導材料。我國3D打印原材料比如各類高分子都缺乏相關產品標準，國內有能力生產3D打印材料的企業很少，加之下游應用市場還沒有完全培育起來，所以現階段3D打印材料生成本較高，無法實現規模化生產。
　　
　　因此，胡瑞平、王亞雄和趙衛中等業界專家建議，希望國家和地方政府繼續加大政策支持力度。一是加強3D打印材料相關政策的研究，適時出臺推動3D打印材料發展的產業、財政、金融政策，為3D打印材料發展創造良好的宏觀政策環境。其中包括，加大政府對3D打印配套的化工新材料企業的政策和資金扶持，對研發生產3D打印材料的化工企業給予稅收減免或財政補貼，鼓勵企業積極進行材料研發。
　　
　　二是建立并完善3D打印化工新材料技術標準體系，提升標準技術水平。開發3D打印化工新材料質量測試程序和方法，建立行業統一的質量標準體系，保證材料的穩定性和可靠性。
　　
　　三是化工新材料企業要發揮企業市場主體作用，加快3D打印化工新材料的研發和產業化進程。傳統化工新材料生產企業要積極參與3D打印材料的研發和生產，逐步增加3D打印化工材料研發投入，擴大3D打印材料生產規模。同時，企業還要加強與高校科研院所產學研合作，培養3D打印化工材料人才。
　　
　　四是通過加強上游材料、中游3D打印設備、下游產品等各個環節的交流合作，推動3D打印逐步在部分領域實現規模化生產。3D打印要逐步形成“材料—制造—裝備—應用”協同發展的全產業鏈發展模式，助力3D打印化工新材料降低材料成本，實現規模化生產。