2024年4月，VoxelMatters Research 发布了2023 年复合材料增材制造市场报告。在复合材料增材制造 (AM) 报告中，VoxelMatters Research 使用了约 7,000 家公司的数据，涵盖了业内知名公司，包括 3DSystems、Stratasys、巴斯夫、阿科玛、EOS、赢创、Formlabs、惠普等。数据显示，复合材料增材制造市场 2023 年增长 21%，价值达到 7.85 亿美元。
报告重点关注复合材料增材制造的整个工艺链，分析了 172 家硬件制造商、421 家服务提供商和 153 家材料制造商的数据。这些数据集涵盖所有技术和应用领域，从工业、汽车和航空航天到设计和消费品，对增材制造复合材料市场的状况有了一些新见解。总体而言，复合材料增材制造市场到 2023 年将增长 21%，价值达到 7.85 亿美元。从这一增长率来看，复合材料市场在增材制造市场中表现非常出色。
△Voxelmatter Research-2023 年复合材料增材制造市场报告
谁在推动复合材料增材制造市场向前发展？
复合增材制造市场中增长最快的是硬件，部门创收 3.3 亿美元，比上年增加 5,300 万美元。领先的硬件公司包括许多知名公司，以 Markforged、Stratasys 和 EOS 为首。 Markforged 专注于连续纤维制造 (CFF) 技术，该技术应用于各个行业。用于碳纤维增强 3D 打印的 F123CR 系列稳居第二位。排名第三的是 EOS，该公司生产加工纤维增强尼龙粉末的系统以及加工高性能复合材料 PEKK 的系统。跻身前 10 名的还有 Airtech、3DSystems 和 Inversoll 等。
复合增材制造领域第二高的增长来自于服务，该领域的市场从 2.21 亿美元增长到 2.68 亿美元。就总销售额而言，Materialise 成为最大的复合材料增材制造服务提供商。
就产生的收入而言，材料制造商落后于硬件制造商和服务提供商。尽管如此，材料市场从 1.48 亿美元增长到 1.87 亿美元，增幅最大的是 2022 年至 2023 年。排名第一的是三菱化学高性能聚合物 (MCPP)，该公司于 2018 年收购了 Dutch Filaments，现在还提供颗粒形式的复合材料用于大幅面 3D 打印。紧随 MCPP 之后的是 SABIC，该公司也凭借其 THERMOCOMP AM 产品线（包括 ABS、PPE、PCE 和 PEI 树脂）位居榜首。
获得的数据提供了复合材料增材制造市场现状的全球概览。上市公司可以通过数据进行市场分类，而首次进入复合材料市场的公司也受益于报告评估提供的导向帮助。报告中对未来几年增材制造复合材料市场的预测也对此做出了贡献。到 2028 年，增材制造复合材料市场预计将产生 264.6 万美元的收入，到 2033 年，增材制造复合材料市场预计将达到 782.2 万美元。
△预计增长
复合材料3D打印
近年来，复合材料3D打印越来越受欢迎，现在被许多增材制造领域的参与者所使用。当我们谈论复合材料 3D 打印时，我们会想到复合材料打印机，但也会想到复合材料，材料是打印过程的核心之一。复合材料至少由两种成分制成，具有特殊的性能，使其特别适合使用 3D 打印的各个行业。
大多数时候，需要将塑料与纤维混合。现有许多不同种类的纤维，但三种主要用于 3D 打印：碳纤维（、玻璃纤维和 PPD-T（也称为 Kevlar）。根据要求，可以使用短纤维或长纤维。短纤维融入整个基体并增强整个部件，这种类型的材料与多种 3D 打印机兼容。长纤维是在打印过程中放置的，不会被切成小块，只在需要的地方进行加固。目前它们仅与某些机器兼容。
△打印复合材料
碳纤维增强材料
碳纤维增强材料通常用于复合材料的增材制造。碳纤维由化学家 Joseph Swan 于 1860 年发明，由相互连接的碳原子组成，形成排列成股的晶体结构，在张力下提供卓越的稳定性。它以其卓越的强度重量比（铝的两倍）而闻名，在制造轻质而坚固的终端部件方面具有重要价值。此外，注入碳纤维的材料具有高刚度、强大的拉伸强度和有效的耐化学性。
然而，在 3D 打印中使用碳纤维需要特殊的考虑。例如，使用硬化钢打印喷嘴对于确保高质量的零件生产至关重要。类似的准则适用于与碳纤维增强材料集成的基体材料。添加碳纤维后，PLA、PETG、尼龙、ABS或聚碳酸酯等各种基质可以变得更强、更轻。这些纤维不仅可以与热塑性塑料相协调，还可以与陶瓷混合，从而有助于创造新颖的应用。从航空航天、汽车到建筑等行业都受益于碳纤维基复合材料，利用其独特的性能。
玻璃纤维增强复合材料
玻璃纤维材料于 1930 年推出，可作为多种热塑性聚合物的增强材料。当应用于适当的基材时，它可以生产出强度比 ABS 十倍的零件。与碳集成材料相比，玻璃纤维复合材料表现出较低的刚性和脆性。这些特性以及成本效益使玻璃纤维复合材料脱颖而出。玻璃纤维具有值得称赞的机械性能，可作为有效的电绝缘体，并且具有低导热性。该材料有多种颜色可供选择，收缩率低，可最大限度地减少翘曲风险。与碳纤维类似，玻璃纤维增强的长丝具有磨蚀性，因此需要使用适合此类材料的喷嘴。
玻璃纤维增强型 3D 打印长丝对于需要强大机械和热弹性的工程原型和最终用途零件非常有价值。从建筑到海洋和体育应用，这种复合材料已获得广泛认可。值得注意的例子包括 Moi Composites 与 Autodesk、Catmarine、Micad 和 Owens Corning 合作，通过玻璃纤维 3D 打印制造 MAMBO 船。此外，荷兰公司MX3D使用这种材料 3D 打印了一座加固桥梁。
△使用玻璃纤维打印的桥梁部件原型
Kevlar增强材料
Kevlar 于 1971 年推出，由 Stephanie Kwolek 首创。它属于芳纶纤维类别，是最耐用的材料之一。这种材料是通过聚合反应获得的，聚合反应是连接长链分子的过程。Kevlar纤维被精心排列成平行行，这归因于其坚固的特性。与其他纤维类似，Kevlar纤维经常与多种塑料结合用于复合材料的制造。Kevlar纤维在拉伸强度和疲劳强度方面表现出值得称赞的机械特性，主要用于制造承受强烈振动和需要耐磨性的部件。值得注意的是，它的强度重量比是钢的五倍，并且具有高达 400°C 的卓越耐热性。
Kevlar 还拥有低密度、多功能应用和均匀分子结构等特性，有利于 3D 打印经过特殊抛光的高品质零件。许多行业都采用 Kevlar 增材制造。值得注意的是，汽车行业发现其在制造各种零部件的应用中具有很高的价值。一个例子是美国的Aptera Motors使用这种复合材料 3D 打印汽车部件，凸显了增强材料在当代制造业中的潜力。
△Kevlar复合材料的 3D 打印
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