报告出品方:华福证券
以下为报告原文节选
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1基础工艺成熟,新技术不断涌现
1.1七大基础增材技术成熟,推动行业发展
国际标准化组织辖下增材制造技术委员会发布ISO/ASTM:标准将增材技术分为7大类,分别是:立体光固化(SLA)、粘结剂喷射(DP)、定向能量沉积(DED)、薄材叠层(LOM)、材料挤出(FDM)、材料喷射(PloyJet)、粉末床熔融(SLM、SLS、EBM)。目前主流使用的D打印技术大致可以分为两大类,即金属类与非金属类。其中,FDM凭借其易操作、材料利用率高以及FDM线材机械性能优异等优势广泛应用在制作成品原型或研发模型中。而光固化技术中SLA技术是最早出现的一种快速成形技术,凭借激光扫描及光固化原理更适用于制作精度要求高的物品,但以点为单位打印速度较慢。而金属类以SLM技术最为成熟,利用激光器将粉末进行逐层叠加。
SLM、SLS和EBM是主流的成型工艺。SLS和SLM属于利用激光器将粉末进行逐层叠加,而EBM则利用高能电子束扫描熔融粉末逐层固化成形。SLS相比SLM需要另添加粘合剂材料,混合粉末后SLS打印的成品硬度和精度略差于SLM制品。而EBM利用电子束产生的热量和能量高于SLM,更适合制造高导热金属、高温合金、高熔点金属零件,但SLM利用激光打印的制品力学性能和制品强度仍略优于EBM制品。综合看烧结\粘结成型技术凭借金属材料和技术特点能保证制品的硬度、力学性能好等优点更多应用于工业制造、航空航天、汽车制造中。
1.2金属D打印技术对比:SLM技术成当前主流技术
主流的金属D打印技术为:SLM、EBM和DED。(一)选择性激光熔化(SLM)
选择性激光熔化(SLM)是通过激光器对金属粉末直接进行热作用,不依赖粘结剂粉末,金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果,最终获得所设计结构的金属零件。SLM技术为了更好的融化金属需要使用金属有较高吸收率的激光束,所以一般使用的是Nd-YAG激光器(1.微米)和光纤激光器(1.09微米)等波长较短的激光束。优点是SLM技术使用纯金属粉末,成型的金属零件致密度可达接近%;抗拉强度等机械性能指标优于铸件,甚至可达到锻件水平;致密度力学性能与成型精度上表现较好。(二)选区电子束熔炼技术(EBM)
选区电子束熔炼技术(EBM)与SLM技术相似,不同之处是选用电子束作为能量源,选择性熔化金属粉末,从而使得金属粉末熔化凝固,成型方式与激光选区熔化类似。EBM技术具有更高的能量利用率及成形效率,有利于成形脆性材料、易裂材料,但提高加速电压会更容易导致电子枪发生高压放电现象,因此对设备和真空环境的要求更高。
(三)定向能量沉积(DED
)定向能量沉积(DED)工作原理类似SLM,它使用高能源(例如激光或电子束)将金属粉末熔化和熔合在一起,以逐层构建零件。这种技术可以根据设计要求直接在零件上添加材料,从而实现高度复杂的形状和结构。相比于SLM技术的优势之处在于,第一,该技术允许激光头和工件更灵活地移动,从而增加设计自由度。第二,在DED设备运行中,惰性气体直接从激光头流出并包围粉末流和熔池,不依赖于充满惰性气体的压力室,D打印加工过程可以立即开始,大大压缩了生产准备时间。第三,能生产大型零件,且不需要任何支撑结构。缺点在于熔化过程不如SLM精确,成品部件通常必须进行再加工。与EBM对比:EBM打印技术与SLM技术的不同之处在于热源、成型工作环境、工作成型预热温度、铺粉厚度以及粉末粒径。EBM技术能够处理高温、易开裂和反光合金,且打印零件密度高,具有均匀的微观结构和优越的机械性能,粉末损耗率低等优点。然而,EBM技术也存在明显缺点,如打印体积有限,对真空环境要求严格,机器和材料更加昂贵等。
增材制造选用原则主要受用途、制品质量要求、材料、成型效率、成本、激光器以及外部环境的影响。
粉末影响最大,不同D打印技术适用于不同的打印材料。从材料角度出发:立体光固化(SLA)采用液态光敏树脂材料;分层实体制造法(LOM)需要纸、塑料膜等片状材料,而选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)则以金属、陶瓷粉末材料为主。
SLM是当前金属打印主流方案,产品性价比相对占优。选择使用哪种金属技术需要考虑零件细节、形状、尺寸、强度、金属类型、成本、打印速度和数量等方面的因素。通过金属D打印出的产品普遍具有优异的性能,可契合航空航天军工、医疗等行业苛刻的性能要求,但也面临整体打印成本较高(几万至几十万不等)、成品尺寸受限、生产效率较慢的问题。其中SLM打印性价比相对占优,具备高致密度、高强度、高精度、高利用率的优势,同时成本相对EBM和LENS较低,技术发展成熟,是当前金属D打印主流的解决方案。
1.新技术不断涌现,国内外存在工艺创新差距
近几年中国很少出现大幅革新的D打印技术产品,通常都是老技术的完善和升级;但是,国外却不断涌现出一个又一个新的D打印技术和产品,非常值得我们思考。下面,我们对这些国内缺少的20项D打印技术产品进行盘点,希望引起