本文概述了2020年以來3D列印市場範圍內比較重要的5項技術突破和應用，以及5項重要的市場事件。相比去年而言，引人關注的新技術較少，但關鍵應用增多；此外，幾項重大市場行為引起業內廣泛關注，在突出顯示技術應用深化的同時，市場格局也在悄然發生變化。
1.陶瓷燒結只需10秒鐘，速度提升1000倍
傳統的陶瓷燒結通常需要藉助昂貴的商業設備處理數小時時間。為了克服這一挑戰，美國馬裡蘭大學的研究人員發明了一種超快的高溫燒結方法，既可以滿足現代陶瓷的需求，又可以促進新材料創新的發現。在這項發明中，將壓制的陶瓷前體粉末生坯夾在兩根碳條之間，該碳條通過輻射和傳導（以103-104°C/min）快速加熱，能夠在不到10秒的時間內達到高達3000°C的高溫環境，陶瓷粉末被迫快速凝固，比傳統的熔爐燒結方法快1000倍以上。
快速燒結原理
研究人員指出，新工藝可防止由於燒結時間短而引起的揮發和不良擴散問題，可廣泛、快速地燒結各種陶瓷和金屬材料，包括3D列印的陶瓷和金屬生坯。將燒結時間從數十小時減少到幾分甚至幾秒鐘，將為陶瓷3D列印的發展，帶來極大推動。同時，這或許對太空陶瓷和金屬3D列印帶來新的機會。
2.中美成功驗證多種太空3D列印技術
2020年5月，新一代載人飛船實驗船在軌飛行的2天零19小時內，以航天五院為代表的團隊完成了多項空間科學實驗和技術試驗，其中包括多種3D列印技術的太空在軌驗證。其中，中科院空間應用中心研究團隊研製的「在軌精細成型實驗裝置」，成功克服太空失重環境導致的列印材料流變行為，創新採用立體光刻3D列印技術對金屬/陶瓷複合材料進行了微米級精度的在軌製造，為我國未來在軌製造零件提供了技術儲備。
新飛船試驗任務成功在軌製造的8件陶瓷樣品
由529廠—西交大團隊共同研製的「連續纖維增強複合材料太空3D列印裝備」實現了國際首次連續纖維增強複合材料太空環境增材製造技術。連續纖維增強複合材料是當前國內外太空飛行器結構的主要材料，密度低、強度高，開展複合材料空間3D列印技術研究，對於未來空間站長期在軌運行、發展空間超大型結構在軌製造具有重要意義。
12月初，美國Redwire也成功在太空在軌列印陶瓷零件。
3.超多雷射、超大型金屬3D列印時代到來
突破了持續許久的四雷射限制，2020年當屬超多雷射金屬3D列印時代到來的元年。
10月20日，Velo3D推出新一代具有「超大容量」的Sapphire XC 3D印表機，φ600*550mm的構建體積配備了八臺1000W的雷射器，是市面上第一款商用化的超多雷射金屬3D印表機。
11月10日，SLM Solutions正式發布其下一代12雷射金屬3D印表機，使列印速率提高到1000cc/h及以上成為現實。12雷射系統的推出不僅對於增材製造業來說是一個顛覆性的突破，對於整個製造業來說也是一個重大的進步。
多雷射金屬3D印表機的基本特點
同月，3D Systems公布了其為美國陸軍正在開發的開發「世界上最大、最快、最精確的金屬3D印表機」的更多細節，該系統配備9臺雷射器，成型尺寸達到1*1*0.6m。
除此之外，弗勞恩霍夫研究所開發的5雷射器原型機成型尺寸為1*0.8*0.5m，Additive Industries明年將推出10雷射金屬3D印表機建造尺寸為0.6*0.6 *1m。
4.國內大型金屬和非金屬構件實現關鍵航空航天應用
2020年5月8日，由中國航天科技集團空間技術研究院抓總研製的我國新一代載人飛船試驗船返回艙，在東風著陸場預定區域成功著陸！此次試驗船飛行任務的圓滿成功，實現了我國超大尺寸整體鈦框架3D列印製造的首次航天應用。
載人飛船返回艙防熱大底框架結構是氣動力熱作用下最主要的承力部件，由航天五院總體部主導研製的直徑達4米的超大尺寸整體鈦框架全部採用鑫精合公司的3D列印工藝製造，成功實現了減輕重量、縮短周期、降低成本的目標。新一代載人飛船試驗船的成功返回標誌著我國超大尺寸關鍵結構件整體3D列印技術通過大考。
新一代載人飛船試驗船返回艙及採用雷射沉積3D列印製造的返回艙防熱大底框架實物
2020年7月23日，長徵五號運載火箭搭載「天問一號」火星探測器成功點火起飛。這是長徵五號運載火箭首次執行應用性發射，運載火箭上的一個重要部件——級間解鎖裝置保護板，由中國運載火箭技術研究院航天材料及工藝研究所通過採用華曙高科連續增材製造系統HT1001P解決方案加工而成。
級間解鎖裝置保護板
級間解鎖裝置保護板直徑達5米，單批次加工件數較少，加工頻次較低，如採用傳統注塑方式需要使用模具，模具成本高，且模具的保存成本也較高。而採用3D列印技術，則無需開模、一體成型。研製單位將保護板拆分成50件分別列印，每個部件尺寸約為370mm*100mm*125mm，最後將零件拼接而成，耗時僅48小時。該部件的成功應用，實現了國產新型大幅面增材製造裝備的應用驗證。
5.3D列印為歐美對抗疫情發揮重要作用
自歐美爆發疫情以來，3D列印為這些地區快速提供物資發揮了巨大作用，多家3D列印公司將本公司的技術用於用於醫療領域。
Carbon每周生產的鼻咽拭子和防護面罩分別超過100萬支和18000個；Formlabs則使用250多臺內部3D印表機，每天生產多達15萬支檢測拭子，Markforged的生產規模也擴大到了每天10萬隻；英國的Photocentric公司則採用光固化技術進行呼吸器兼容閥門的列印，每周的生產量達到4萬個。除此之外，巴黎醫院緊急安裝了60臺Stratasys F123印表機，生產各種用於救援工作的產品，包括面罩、口罩、電動注射泵、插管設備以及呼吸閥等。
3D列印批量製造鼻咽拭子
面對疫情，3D列印快速製造的優勢解決了一些國家產品供應短缺的問題，這些例子說明在緊急情況下3D列印可以快速反應。
6.投資超1億元人民幣的寶馬增材製造中心正式開業
6月，總投資超過1500萬歐元的寶馬增材製造中心正式開業。該中心匯集了寶馬集團迄今為止所有關於該技術的專業知識，囊括了當今市場範圍內幾乎所有最為先進的3D列印裝備和最廣泛的技術門類。此舉將加強寶馬創新先鋒的地位，保持其在汽車增材製造領域的發展。
寶馬新增材製造中心內景
據統計，寶馬集團使用3D列印超過27年，已經生產了數百萬個零件，成為3D列印領域的深度玩家。寶馬集團力圖在單個組件、小批量生產及大規模生產零部件的多個領域，都能夠提供最佳的技術和生產工藝鏈條。高大上的3D列印製造、未來數位化生產的新方向成為寶馬集團生產系統中非常重要的組成部分，在大批量生產方面擁有巨大潛力。
7.飛而康規劃50臺華曙金屬3D印表機，欲打造一流增材製造超級工廠
近年，國內航空航天事業迅猛發展，增材製造的應用不斷深化，而專注於航空航天增材製造服務的飛而康因此也迎來了歷史上難得的發展機遇。2019年，飛而康與華曙高科達成戰略合作，雙方致力於航空航天最新設備研製和飛而康材料及工藝研發，打造基於華曙高科金屬解決方案的「飛而康金屬增材製造產業化超級車間」。車間列裝華曙高科超大型、大型、中型金屬設備，已支持多項國家重點型號工程的研製，涉及數十個航空太空飛行器型號任務。
飛而康增材製造車間局部
為滿足快速增加的訂單需求，飛而康進一步擴充車間產能。今年5月，飛而康發布消息，將規劃產能再翻四倍，將華曙高科金屬設備的列裝數量將會擴充至50臺，屆時車間的加工能力將躍上一個新的臺階，成為名副其實的增材製造超級車間。10月初，飛而康已經收到第20套金屬3D列印系統，其中19套是大幅面的 FS621M和FS421M系統，飛而康將繼續打造其超級增材製造工廠。
8. 鉑力特中標4600萬元金屬3D列印項目，產業化應用加深加快
據中化商務電子招投標平臺11月消息，西安鉑力特中標北京動力機械研究所3300萬元高尺寸、大幅面雷射選區熔化成形設備和1300萬元中小規格雷射選區熔化成形設備項目。招標人隸屬中國航天科工集團第三研究院，具有明顯的航空航天背景。如此大金額購買相關設備，定是基於明確的應用需求以及對設備質量的絕對信心，而這種信心也定是來源於長時間的驗證。
鉑力特2020年推出了多款金屬3D印表機。據官方介紹，鉑力特於3月發布BLT-S450，可滿足我國大推力重型運載液體火箭發動機關鍵部件大尺寸、複雜曲面精密結構成形要求，為航天液體動力領域高質量發展賦能；6月發布BLT-S600，突破了四光束聯動掃描與拼接等關鍵技術，成形尺寸、成形精度處於國際先進水平；8月發布BLT-S510，首次在全球實現單向1000毫米級大尺寸金屬3D列印，填補了國內外空白，達到國際先進水平。
BLT-S600市場價格1000萬以上
除中國供應商獲得較大訂單之外，無支撐金屬3D列印的領導者VELO3D，於今年6月宣布獲得航空航天客戶2000萬美元的訂單，這也是迄今為止該公司獲得的最大訂單。通過這三項市場行為，3D列印技術參考認為，航空航天領域對3D列印技術的應用正在進入快速發展時期。
9. Stratasys 1億美元收購可編程光固化創業公司，完善聚合物3D列印體系；
Stratasys公司以FDM技術起家，其基於該技術的工業級3D印表機在各行各業廣泛使用， 在該市場具有領導地位。2012年，Stratasys與以色列Objet公司合併，從而將Polyjet技術收入囊中，基於該技術的彩色3D印表機具有業內最高的精度和最優秀的表面質量，繼續奠定了其在業內的領導者地位。2014年，Stratasys 4億美元收購MakerBot，彌補了其在大眾消費級市場的短板。
然而，隨著3D列印獨角獸企業Carbon的崛起，CLIP、HARP等高速光固化製造技術受到廣泛關注，並日益顯示出批量製造的優勢。本月，Stratasys宣布將以1億美元（約合6.5億人民幣）的現金加股票，收購基於光固化3D列印技術來大規模生產零件的美國初創公司Origin，希望步入光固化樹脂3D列印批量化生產的大潮流中。Origin憑藉專有的高速P³技術，可以使3D列印儘可能的實現自動化和可擴展，同時提供針對速度和批處理進行了優化的列印技術和材料，以可預測的和具有競爭力的成本擴大規模。此次收購預計將於2021年1月完成，屆時 Stratasys將 鞏固其在聚合物和3D列印生產應用領域的領導地位。
10. 國際巨頭2020營收喜憂參半，伴隨大幅裁員
2020年上半年，3D Systems總收入2.468億美元，與2019年上半年的3.093億美元相比下降20％。即便第三季度有所好轉，但前九個月營收仍比去年同期降低17.8%至3.81億美元。在此情況下，3D Systems於二季度開始減少其運營及研發費用，並開始重組計劃，以專注於其醫療保健和垂直行業，與公司新戰略不符的業務部門將會被剝離。該公司希望將其運營成本降低1億美元，作為重組計劃的一部分，3D Systems計劃裁員20％，希望明年實現盈利。截至目前，公司"戰略再聚焦 "和削減成本的努力正在取得成效。
Stratasys在今年6月宣布，為減少疫情影響，將在全球範圍內裁員10%以「精簡」業務，即便必須支付約600萬美元的遣散費，但此舉以及其他降低成本的政策預計將為公司每年節省約3000萬美元的運營費用。Stratasys在今年前九個月收入3.94億美元，相比去年同期降低14%，公司業務自第三季度開始改善，自二季度為通用汽車安裝了17臺FDM印表機後，8月份又獲得了公司有史以來最大的航空訂單——為AM Craft安裝4臺F900系統。
巨頭公司Materialise的收入增長情況與3D Systems和Stratasys類似，而SLM Solutions在今年前九個月的總收入則呈現出持續增長的態勢，同比比去年增長37%，尤其在其他公司開始裁員、削減開支的第二季度，該公司卻逆勢增長90%，成為上半年歐美增材製造行業的唯一亮點。SLM Solutions自去年5月開始進行企業重組，此後逐步向盈利方向邁進。
在其他公司方面，Voxeljet在第三季度恢復增長10%，Exone的系統銷售額也翻了一番。國內方面，鉑力特財報顯示前三季度收入1.3 億元，同比下降25%，淨利潤虧損0.13億元。受下遊航空航天訂單確認周期的季節性影響，預計業績將集中於四季度釋放（如關鍵點8）。而華曙高科則透露，其在2020年前三季度收入相比去年翻番，其強勁的收入增長來源於2019年的大量訂單積壓以及在2020年獲得的幾筆大合同，對於具體金額，該公司並未透露。
END
總體來說，在最新3D列印技術的研發進展方面，2020年並沒有太多可圈可點之處，即便3D列印技術參考搜遍了nature和science論文，研究也多聚焦於非常細小的應用領域，對技術的整體發展貢獻不多。另一方面，3D列印技術在航空航天應用方面則表現突出。最後，由於受到疫情的持續影響，國際範圍內的頭部企業受到了重創，而國內則依賴強大的內需，獲得較為良性的發展。
註：本文內容來自3D列印技術參考。