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    材料市场潜力股 3D打印激发粉末冶金市场潜能

    2019-02-20来源:3D帝国网

      粉末冶金是一种通过加热压实金属粉末至低于其熔点进行金属成型过程的技术。该技术已经存在超过100年,在过去的25年成为了公认的生产各种高质量零件的优质技术。该技术相较于锻造、铸造等其他金属成型技术,在材料利用率、形状复杂度和近净形尺寸控制等方面均具有优势,由于其具有促进可持续发展的特性,粉末冶金被公认为绿色技术。

      粉末冶金零件的原料是3D打印产业的主要原料,随着3D打印技术的推广和发展,相关产业链投资机遇出现,意味着粉末冶金零件领域即将面临巨大的发展潜力,同时粉末冶金零件原料也为3D打印锦上添花。

      粉末冶金工艺

      金属粉末冶金工艺包括直接金属3D打印工艺和间接金属3D打印工艺,金属粉末平台熔融是直接金属3D打印技术的典型代表,而定向能量沉积技术则是间接金属3D打印技术的代表。

      金属粉末平台熔融(PBF)是目前最广泛被使用的金属3D打印技术。PBF被认为是一种直接的金属3D打印技术,包括激光熔融和电子束熔融两种加工方式,目前激光熔融方式被更广泛的使用。在这个领域,活跃着众多的品牌,包括GE收购的Concept Laser和Arcam,金属3D打印解决方案商德国EOS,德国SLM Solutions, 英国Renishaw,以及进入到PBF领域的机床厂商德国通快、德马吉森精机等。

      定向能量沉积技术(LENS)是冶金粉末的另一种应用工艺。间接金属3D打印技术,是指通过金属3D打印过程所得到的金属部件并不是最终的部件,而是需要通过高温炉的热处理过程将金属部件中的化学物质去除,从而得到致密的金属部件。

      当前间接金属3D打印技术包括多种不同的技术,根据市场研究一类是以Desktop Metal、3DEO、Markforged所代表的binder jetting技术,另一类是以Xjet为代表的NanoParticle Jetting技术,第三类是Prodways以树脂为间接体的金属3D打印技术,第四类则是惠普推出的金属3D打印技术。

      粉末冶金制备

      粉末冶金成型前,要对粉末进行预处理及配制。制粉设备应用于原料制粉过程。制粉方法可划分为三大类:机械制粉,物理制粉,化学制粉。常用的制粉方法有氧化物还原法、雾化法、旋转电极法、电解法和机械破碎法等,不同制粉方法所使用的设备也是不同的。根据不同的制粉方法,主要使用的设备包括还原炉、离子膜电解槽、球磨机等。

      粉末冶金应用市场

      粉末冶金部件的应用很广泛,主要可分为两大类:第一类是难以用其他方法制造的部件,如钨、钼或钨硬质合金。除此之外,含油轴承、过滤器和许多类型的硬和软磁元件都是采用粉末冶金技术生产。第二类是能为铸件和锻件提供一种经济高效的替代方案,如汽车离合器片、连杆、凸轮轴、行星齿轮载体等。

      粉末冶金产品广泛用于汽车行业、航空航天行业、家电行业以及消费电子行业。其中,汽车行业、航空航天行业属于高端的市场,产品附加值很高。目前,我国国内粉末冶金企业主要生产家电、消费电子行业的粉末冶金产品。家电行业的粉末冶金产品主要有冰箱、空调使用的压缩机,洗衣机、电风扇中使用的多孔自润滑轴承,空调、吸尘器中的齿轮与磁体等;消费电子领域,众多手机品牌的金属外壳、音量按键、垫脚、SIM卡托等零部件均为粉末冶金产品。然而,家电与消费电子行业粉末冶金件技术门槛较低,各类中小厂商争相进入,导致我国国内低端粉末冶金市场竞争十分激烈。 汽车行业是主要的应用领域,约占70%。其他重要的市场包括娱乐、家用电器、工业电机及控制、硬件和商业机器等。

      粉末冶金汽车零部件主要应用于两大类车辆领域:引擎、变速箱/分动箱。根据MPIF(金属粉末工业联合会)的统计,粉末冶金部件在300多个单独的汽车部件上均有应用,部件总数超过750个。考虑到节能减排与成本控制因素,国内企业未来会更多使用粉末冶金工艺生产汽车零部件。 汽车引擎与变速箱是粉末冶金零部件应用最为广泛的两个领域。在这两个领域里,引擎粉末冶金零部件市场规模约40亿元,变速箱粉末冶金零部件市场规模约150亿元。加上用于汽车底盘等的粉末冶金部件,国内汽车粉末冶金市场空间达200亿元。

      国内外工业3D打印金属粉末企业代表

      金属增材制造的质量跟金属粉末的特性十分相关,粉末的粒度、球形度、流动性、包装密度等都会影响最终打印件的性能,所以对于材料的把控与选择至关重要。在工业金属粉末领域,国内外涌现出一批致力于生产高质量、高新能材料研发的企业。下面这些就是其中的典型代表。

      国外企业

      山特维克Osprey

      山特维克Osprey的金属粉末在全球市场占有率最高,Osprey开发了一系列适用于所有增材制造的气雾化金属粉末,包括:选择性激光烧结、熔渗、选择性激光熔融、电子束熔炼、直接金属沉积、激光工程化净成形。

      山特维克Osprey现在供应的市场领域包括用于航空航天工业的镍基超合金,用于医疗行业的钴合金、不锈钢,用于快速模具的马氏体实效钢、工具钢。山特维克Osprey气雾化粉末产品包括不锈钢、工具钢、低合金钢、铜和青铜合金、齿科合金和医疗合金、超合金等预合金粉末。

      美国卡彭特技术Carpenter Technology

      美国卡彭特技术公司成立于1889年,专业致力于特种合金的开发、制造和销售,至今已有120余年历史。卡彭特技术公司生产包括镍基、钴基、钛、铬、铁等合金。在增材制造领域,主要提供不锈钢、钛合金以及工具钢金属粉末。

      吉凯恩

      吉凯恩是一家工程技术型跨国集团——吉凯恩的技术和工程设计是全球各主要汽车、飞机和工作车辆等生产商产品的核心。吉凯恩下设四个事业部门,分别为:吉凯恩传动系统、吉凯恩粉末冶金、吉凯恩航宇和吉凯恩陆地系统;主要服务于汽车、航空航天和陆地系统市场。吉凯恩旗下的Hoeganaes有限公司生产的金属粉末制品在北美地区所占的市场份额超过了50%,Hoeganaes有限公司的产品在欧洲金属粉末制品市场的销售也呈快速增长。

      AP&C(属于Arcam公司)

      AP&C生产金属粉末,粒径分布小,包括钛及其他活性金属以及镍基高温合金和铌等高熔点合金,专为增材制造以及其他粉末冶金技术(MIM,涂层,热等静压)定制。粉末纯度高(无杂质,低氧化条件下熔化),球形度高,伴生颗粒非常少。具有出色的流动性和表观密度、振实密度。主要服务对象为生物医疗和航空航天工业,产品畅销20余个国家。

      英国LPW

      LPW公司已开发出了全系列专门针对SLM、LMD和EBM工艺进行优化设计的粉末。他们还可以根据要求提供定制的合金材料。包括Al, Co, Fe, Ni, Ti合金等金属粉末。

      LWP为汽车、航空航天和医疗行业提供3D打印的金属粉末,粉末质量是产品的基础。所以LPW为其金属粉末提供全生命周期的服务:金属粉末、粉末分析、合金的开发、粉末管理。

      国内企业

      中航迈特粉冶科技(北京)有限公司

      中航迈特成立于2014年2月,位于北京市中关村永丰高新技术产业基地,是一家以航空航天金属粉末材料及零部件研发制造为基础,以专业3D打印金属制粉装备及工艺技术开发为目标的高新技术企业。具备年产制粉炉设备45台套、高品质球形金属粉末材料800吨能力。 中航迈特研发、生产和销售粉末冶金、3D打印用球形金属粉末,涉及钛合金、高温合金(镍基合金)、铝合金、不锈钢、耐热钢、合金钢、高锰钢、钴/钒/铬/锆/铌等金属合金材料。其自主研发设计的大容量、低成本电极感应气雾化装置,制备出符合3D打印用材料标准的高品质球形钛合金粉末,粉末球形度高,氧含量低。

      飞而康快速制造科技有限责任公司

      飞而康是全球领先的3D打印材料、技术和服务提供商。提供健康环保的铝合金,高温镍基合金,钛合金等3D打印材料。飞尔康3D打印零件及材料的力学性能好,如飞而康科技生产的Ti、Ni、Al和钢的3D打印部件都具有优异的力学性能和高度一致性。飞而康3D打印的Ti64在经过适当的后处理过程后得到优异的力学性能和高度一致性。使用粉末由飞而康科技自行生产(氧含量1600ppm)。并且通过后处理各种材料都可通过各种不同的热处理工艺来得到更加优异的性能同时表面抛光可作用于Ti、Ni、Al、不锈钢和工具钢。这些工艺能够满足顾客对工件外部和内部的粗糙度要求。

      北京航空材料研究院

      航材院采用真空感应熔炼系统和超音速惰性气体雾化技术制备3D打印用球形铝合金粉末,突破气体雾化、粉末粒度控制、粉末形态控制、粉末氧含量控制、粉末夹杂含量控制等一系列核心关键技术,开发成套制粉装备与工艺技术,研制出满足我国航空航天需求的高品级球形铝合金粉末,实现了国家自主保障。

      3D打印用金属粉末为球形金属粉末,球形粉末可以保证粉末颗粒的流动性及成型零部件的性能,常用合金牌号包括:TC4、TA0、TA15等钛合金系列;IN718(GH4169)、IN625(GH3625)、GH3536、CoCrW等镍钴基合金系列;2219、AlSi10Mg等铝合金系列;304、316L等不锈钢系列;A100、300M等高强钢系列;H13、Invar36、V4等模具钢、高速钢系列;还有一些高熔点金属粉末也可用于金属3D打印。

      苏州英纳特纳米科技有限公司

      公司成立于2013年8月,主要从事金属粉末产品的研制生产,运用射频等离子体技术制备的球形金属粉末,是一种新型高科技材料,广泛应用于航空航天、冶金制造、生物医疗及3D打印的原料。 公司目前的生产线具有自主知识产权,为自主研发制造,具有多项技术创新成果,现有的制粉设备每天单台单班生产能力为50公斤,年产量可达到10吨以上,可满足目前国内市场需要。公司拥有各类专家及专业技术人才,拥有最先进的球形粉研发生产技术,在球形粉末生产研发方面积累了雄厚的技术力量。

      成都优材科技有限公司

      该公司是一家专注于研发、生产、销售球形钛粉、钛合金粉以及其他高熔点金属球形粉末的高科技成长型企业。通过引进加拿大的先进制粉技术,采用美国材料实验协会(ASTM)标准生产的球形钛粉、钛合金粉具有高度球形、卫星球少、纯度高、含氧量低、流动性好等特点,同时粒度分布可根据客户要求进行定制,充分满足用户的个性化需求。有效解决了目前国内工艺存在的细粉回收率低、空心球严重、夹杂物多等缺点,得到了广大客户的认可。同时可根据客户要求提供镍钛、铌、钼等其它高熔点金属粉末。

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