2024年4月，南極熊獲悉，VoxelMatters Research 發(fā)布了2023 年復(fù)合材料增材制造市場報告。在復(fù)合材料增材制造 (AM) 報告中，VoxelMatters Research 使用了約 7,000 家公司的數(shù)據(jù)，涵蓋了業(yè)內(nèi)知名公司，包括 3DSystems、Stratasys、巴斯夫、阿科瑪、EOS、贏創(chuàng)、Formlabs、惠普等。數(shù)據(jù)顯示，復(fù)合材料增材制造市場 2023 年增長 21%，價值達(dá)到 7.85 億美元。
報告重點(diǎn)關(guān)注復(fù)合材料增材制造的整個工藝鏈，分析了 172 家硬件制造商、421 家服務(wù)提供商和 153 家材料制造商的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)集涵蓋所有技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，從工業(yè)、汽車和航空航天到設(shè)計和消費(fèi)品，對增材制造復(fù)合材料市場的狀況有了一些新見解?？傮w而言，復(fù)合材料增材制造市場到 2023 年將增長 21%，價值達(dá)到 7.85 億美元。從這一增長率來看，復(fù)合材料市場在增材制造市場中表現(xiàn)非常出色。
△Voxelmatter Research-2023 年復(fù)合材料增材制造市場報告
誰在推動復(fù)合材料增材制造市場向前發(fā)展？
復(fù)合增材制造市場中增長最快的是硬件，部門創(chuàng)收 3.3 億美元，比上年增加 5,300 萬美元。領(lǐng)先的硬件公司包括許多知名公司，以 Markforged、Stratasys 和 EOS 為首。 Markforged 專注于連續(xù)纖維制造 (CFF) 技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用于各個行業(yè)。用于碳纖維增強(qiáng) 3D 打印的 F123CR 系列穩(wěn)居第二位。排名第三的是 EOS，該公司生產(chǎn)加工纖維增強(qiáng)尼龍粉末的系統(tǒng)以及加工高性能復(fù)合材料 PEKK 的系統(tǒng)。躋身前 10 名的還有 Airtech、3DSystems 和 Inversoll 等。
復(fù)合增材制造領(lǐng)域第二高的增長來自于服務(wù)，該領(lǐng)域的市場從 2.21 億美元增長到 2.68 億美元。就總銷售額而言，Materialise 成為最大的復(fù)合材料增材制造服務(wù)提供商。
就產(chǎn)生的收入而言，材料制造商落后于硬件制造商和服務(wù)提供商。盡管如此，材料市場從 1.48 億美元增長到 1.87 億美元，增幅最大的是 2022 年至 2023 年。排名第一的是三菱化學(xué)高性能聚合物 (MCPP)，該公司于 2018 年收購了 Dutch Filaments，現(xiàn)在還提供顆粒形式的復(fù)合材料用于大幅面 3D 打印。緊隨 MCPP 之后的是 SABIC，該公司也憑借其 THERMOCOMP AM 產(chǎn)品線（包括 ABS、PPE、PCE 和 PEI 樹脂）位居榜首。
獲得的數(shù)據(jù)提供了復(fù)合材料增材制造市場現(xiàn)狀的全球概覽。上市公司可以通過數(shù)據(jù)進(jìn)行市場分類，而首次進(jìn)入復(fù)合材料市場的公司也受益于報告評估提供的導(dǎo)向幫助。報告中對未來幾年增材制造復(fù)合材料市場的預(yù)測也對此做出了貢獻(xiàn)。到 2028 年，增材制造復(fù)合材料市場預(yù)計將產(chǎn)生 264.6 萬美元的收入，到 2033 年，增材制造復(fù)合材料市場預(yù)計將達(dá)到 782.2 萬美元。
△預(yù)計增長
復(fù)合材料3D打印
近年來，復(fù)合材料3D打印越來越受歡迎，現(xiàn)在被許多增材制造領(lǐng)域的參與者所使用。當(dāng)我們談?wù)搹?fù)合材料 3D 打印時，我們會想到復(fù)合材料打印機(jī)，但也會想到復(fù)合材料，材料是打印過程的核心之一。復(fù)合材料至少由兩種成分制成，具有特殊的性能，使其特別適合使用 3D 打印的各個行業(yè)。
大多數(shù)時候，需要將塑料與纖維混合?，F(xiàn)有許多不同種類的纖維，但三種主要用于 3D 打?。禾祭w維（、玻璃纖維和 PPD-T（也稱為 Kevlar）。根據(jù)要求，可以使用短纖維或長纖維。短纖維融入整個基體并增強(qiáng)整個部件，這種類型的材料與多種 3D 打印機(jī)兼容。長纖維是在打印過程中放置??的，不會被切成小塊，只在需要的地方進(jìn)行加固。目前它們僅與某些機(jī)器兼容。
△打印復(fù)合材料
碳纖維增強(qiáng)材料
碳纖維增強(qiáng)材料通常用于復(fù)合材料的增材制造。碳纖維由化學(xué)家 Joseph Swan 于 1860 年發(fā)明，由相互連接的碳原子組成，形成排列成股的晶體結(jié)構(gòu)，在張力下提供卓越的穩(wěn)定性。它以其卓越的強(qiáng)度重量比（鋁的兩倍）而聞名，在制造輕質(zhì)而堅固的終端部件方面具有重要價值。此外，注入碳纖維的材料具有高剛度、強(qiáng)大的拉伸強(qiáng)度和有效的耐化學(xué)性。
然而，在 3D 打印中使用碳纖維需要特殊的考慮。例如，使用硬化鋼打印噴嘴對于確保高質(zhì)量的零件生產(chǎn)至關(guān)重要。類似的準(zhǔn)則適用于與碳纖維增強(qiáng)材料集成的基體材料。添加碳纖維后，PLA、PETG、尼龍、ABS或聚碳酸酯等各種基質(zhì)可以變得更強(qiáng)、更輕。這些纖維不僅可以與熱塑性塑料相協(xié)調(diào)，還可以與陶瓷混合，從而有助于創(chuàng)造新穎的應(yīng)用。從航空航天、汽車到建筑等行業(yè)都受益于碳纖維基復(fù)合材料，利用其獨(dú)特的性能。
玻璃纖維增??強(qiáng)復(fù)合材料
玻璃纖維材料于 1930 年推出，可作為多種熱塑性聚合物的增強(qiáng)材料。當(dāng)應(yīng)用于適當(dāng)?shù)幕臅r，它可以生產(chǎn)出強(qiáng)度比 ABS 十倍的零件。與碳集成材料相比，玻璃纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出較低的剛性和脆性。這些特性以及成本效益使玻璃纖維復(fù)合材料脫穎而出。玻璃纖維具有值得稱贊的機(jī)械性能，可作為有效的電絕緣體，并且具有低導(dǎo)熱性。該材料有多種顏色可供選擇，收縮率低，可最大限度地減少翹曲風(fēng)險。與碳纖維類似，玻璃纖維增??強(qiáng)的長絲具有磨蝕性，因此需要使用適合此類材料的噴嘴。
玻璃纖維增??強(qiáng)型 3D 打印長絲對于需要強(qiáng)大機(jī)械和熱彈性的工程原型和最終用途零件非常有價值。從建筑到海洋和體育應(yīng)用，這種復(fù)合材料已獲得廣泛認(rèn)可。值得注意的例子包括 Moi Composites 與 Autodesk、Catmarine、Micad 和 Owens Corning 合作，通過玻璃纖維 3D 打印制造 MAMBO 船。此外，荷蘭公司MX3D使用這種材料 3D 打印了一座加固橋梁。
△使用玻璃纖維打印的橋梁部件原型
Kevlar增強(qiáng)材料
Kevlar 于 1971 年推出，由 Stephanie Kwolek 首創(chuàng)。它屬于芳綸纖維類別，是最耐用的材料之一。這種材料是通過聚合反應(yīng)獲得的，聚合反應(yīng)是連接長鏈分子的過程。Kevlar纖維被精心排列成平行行，這歸因于其堅固的特性。與其他纖維類似，Kevlar纖維經(jīng)常與多種塑料結(jié)合用于復(fù)合材料的制造。Kevlar纖維在拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度方面表現(xiàn)出值得稱贊的機(jī)械特性，主要用于制造承受強(qiáng)烈振動和需要耐磨性的部件。值得注意的是，它的強(qiáng)度重量比是鋼的五倍，并且具有高達(dá) 400°C 的卓越耐熱性。
Kevlar 還擁有低密度、多功能應(yīng)用和均勻分子結(jié)構(gòu)等特性，有利于 3D 打印經(jīng)過特殊拋光的高品質(zhì)零件。許多行業(yè)都采用 Kevlar 增材制造。值得注意的是，汽車行業(yè)發(fā)現(xiàn)其在制造各種零部件的應(yīng)用中具有很高的價值。一個例子是美國的Aptera Motors使用這種復(fù)合材料 3D 打印汽車部件，凸顯了增強(qiáng)材料在當(dāng)代制造業(yè)中的潛力。
△Kevlar復(fù)合材料的 3D 打印 |
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