>> 中信建投-國防軍工行業(yè)金屬增材制造：方興未艾，星辰大海(上)-230628
| 上傳日期： |
2023/6/28 |
大小： |
2189KB |
| 格式： |
pdf 共33頁 |
來源： |
中信建投 |
| 評級： |
推薦 |
作者： |
黎韜揚 |
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核心觀點
增材制造的主要應用場景為：小批量、復雜化、輕量化、定制化、功能一體化零部件制造。金屬增材制造工藝原理主要分為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩類，當前PBF應用最廣泛，DED市場份額逐步提升。作為新興工藝，增材制造具有傳統(tǒng)的減材制造不具備的優(yōu)勢，因此其逐漸被人們重視，各國紛紛出臺產業(yè)政策扶持，行業(yè)進入快速發(fā)展期。其未來發(fā)展趨勢也逐漸明了，金屬增材制造將向著多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、國產化率提高、滲透率提高、增減材一體化、無支撐、系統(tǒng)級制造等趨勢發(fā)展。
摘要
增材制造—先進制造業(yè)技術，傳統(tǒng)制造業(yè)重要補充
增材制造（Additive Manufacturing, AM,俗稱“3D打印”）是具有顛覆性的先進制造技術。增材制造以三維數字模型為基礎，將材料通過分層制造、逐層疊加的方式制造出實體零件。其優(yōu)勢在于短研發(fā)周期、復雜結構制造、輕量化、高材料利用率、強力學性能等。反之金屬增材制造在可加工材料種類、加工精度、表面粗糙度、加工效率方面遜于傳統(tǒng)精密加工，在大規(guī)模生產上成本處于劣勢，因此增材制造的主要應用場景為：小批量、復雜化、輕量化、定制化、功能一體化零部件制造。
金屬增材制造技術以PBF、DED為主要路線
金屬增材制造工藝原理主要為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩大類別。前者適用于精密成型，后者適用于高效率大尺寸應用場景。當前PBF應用最廣泛，DED市場份額逐步提升。2021年PBF和DED分別在金屬增材制造市場中占據83.8%和9.1%的市場份額，預計到2026年PBF與DED市場份額分別下降至74%和8.6%。且金屬增材制造成熟度及產業(yè)化水平最高的技術路線主要集中在PBF、DED，其中L-PBF（基于激光的PBF，以SLM為代表）在產業(yè)中應用最為廣泛，E-PBF（基于電子束的PBF，以EBM為代表）排名第二。
SLM是目前應用最廣泛的金屬增材制造技術，廣泛用于制造航空航天、汽車模具等領域的精密零部件。SpaceX使用SLM技術制造二代龍飛船引擎室，解決了復雜結構制造、縮短火箭發(fā)動機交貨期、降低制造成本。
電子束熔融技術(Electron Beam Melting）是新興的先進金屬增材制造技術，已廣泛應用于快速原型制作、快速制造、工裝和生物醫(yī)學工程等領域。EBM技術應用助力航空航天零部件生產發(fā)展，減輕發(fā)動機零部件重量，提高燃油效率，并且有效提高增材制造技術在航空航天領域的滲透率。
激光近凈成形技術是無需后處理的金屬直接成形方法，也是DED中研究和應用最廣泛的技術。該技術不僅能直接打印出三維金屬零件，還能在已有零件上進行打印。因此在制造或修復高附加值的產品，比如航空發(fā)動機或機床部件中得到廣泛應用。LENS(激光近凈成型)技術能夠實現梯度材料、復雜曲面修復，在大型器件的修復上正不斷地發(fā)揮作用，是鏈接傳統(tǒng)制造與3D打印的橋梁。
電子束熔絲沉積成形技術（Electron Beam Wire Deposition, EBWD）是以電子束作為激活源的前沿DED技術，具有速度快、成本低、打印尺寸大等優(yōu)點。Sciaky公司推出的EBAM技術實現了沉積速率大幅提升。
電弧增材制造技術（Wire and Arc Additive Manufacture, WAAM）使用電弧作為激活源，是一種成本極大降低的大尺寸高效率金屬增材制造技術。WAAM打印精度較低，但是打印尺寸較大。WAAM的特點讓其很適合以高價值的材料制造中等復雜程度的大尺寸零件。
金屬增材:向著多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、國產化率提高、滲透率提高、增減材一體化、無支撐、系統(tǒng)級制造等趨勢發(fā)展
作為新興工藝，增材制造具有傳統(tǒng)的減材制造不具備的優(yōu)勢，因此其逐漸被人們重視，各國紛紛出臺產業(yè)政策扶持，行業(yè)進入快速發(fā)展期，未來金屬增材發(fā)展趨勢如下：
1）多材料：多材料包括可打印材料的多樣化以及多材料混合打印兩個方面；
2）高效率與高精度：金屬增材制造效率有待進一步提升，打印效率和打印精度是增材制造技術兩個難以兼顧的目標，未來希望能在高精度制造的情況下實現高效率增材制造；
3）大尺寸：進一步增大可打印尺寸是當前增材制造裝備的發(fā)展趨勢，目前增材制造打印件成形尺寸已經步入“米”級時代；
4）智能化：增材制造工藝需要進行質量控制，需要高度訓練有素的技術人員來啟動、監(jiān)測和拆除組件，未來需要實現增材制造的智能化與自動化；
5）國產化率提高：由于我國的3D打印設備公司對于軟硬件存在不同程度的進口依賴，因此推進核心器件（主要指：激光器、振鏡以及工業(yè)軟件）國產化至關重要；
6）滲透率提高：加強金屬3D打印定制化產品在一般工業(yè)領域滲透，提高3D打印可運用場景，并使其在已經引入增材制造的下游領域中增加3D打印的使用占比；
7）增減材一體化：增減材復合制造技術結合了增材近凈成形和減材保證精度的優(yōu)點，適合高精度復雜型面及具有內孔內腔零件的一體化制造和修復再制造；<
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