近年来,增材制造行业已步入成熟发展阶段,3D打印技术迭代速度显著提升,多种设备价格体系实现突破性优化。曾以百万级售价的金属3D打印机,现已推出桌面级产品供普通企业选用。作为3D打印系统的核心组成部分,耗材的多样性与成本控制对行业发展具有战略意义——从技术本质而言,3D打印设备本质上是为材料加工服务的工具平台。
当前主流3D打印技术按成型原理可分为三大类:熔融沉积成型(FDM)、立体光固化成型(SLA)及选择性激光烧结(SLS)。不同技术路线对耗材形态与性能的要求存在显著差异,各技术分支下还存在细分工艺差异。尽管尚未形成通用型耗材解决方案,但材料选择范围与技术适配性已得到实质性提升。从材料分类维度看,3D打印耗材主要分为聚合物与金属两大类。本文将系统梳理已实现规模化应用的3D打印材料体系及其市场价格区间。
一、热塑性聚合物材料体系
聚合物材料广泛应用于从日用品到工业零部件的制造领域,在3D打印中主要分为热塑性塑料与热固性塑料两大类,物理形态涵盖线材、粉末及液态树脂。热固性塑料经固化后无法重新熔融,而热塑性塑料可通过多次加热实现熔融-固化循环,因此3D打印用塑料耗材均采用热塑性体系,形态包括长丝、粉末及液态树脂。
FDM技术专用线材耗材
作为技术成熟度最高且应用最广泛的3D打印工艺,FDM技术采用连续长丝作为输入材料,理论上所有热塑性塑料均可适用。当前主流线材类型包括PLA(聚乳酸)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、TPU(热塑性聚氨酯)、PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)等,颜色库覆盖全色谱系并支持定制化开发。此外,基于PLA的复合线材通过添加碳纤维、木质纤维、金属粉末、蜡质成分、荧光剂或导电填料,可实现功能化特性扩展。专业级FDM设备还支持高温工程塑料线材,如PEEK(聚醚醚酮)等特种材料。
FDM线材的成本结构受材料性能与配方复杂度影响显著:普通消费级线材价格区间为50~400元/千克,其中标准PLA为入门级选择,ABS次之,而含特殊填料的功能性线材或工程级线材价格可达2000元/千克以上。
SLS技术专用粉末耗材
SLS工艺采用粉末状聚合物作为原料,核心材料为改性尼龙(PA),其中PA12为最常用牌号,通常呈白色粉末形态。标准SLS粉末的市场价格区间为150~500元/千克,与FDM线材相比成本较高,这也是制约SLS技术普及的关键因素之一。值得注意的是,不同设备厂商对粉末粒径分布、流动性等参数存在差异化要求,导致材料通用性受限。高端应用领域还开发出具有特殊性能的改性粉末,如高表面质量型或耐高温型尼龙粉末。
SLA技术专用液态树脂
作为历史最悠久的3D打印技术,SLA工艺采用光敏树脂作为耗材,其基础成分为环氧树脂、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类热固性树脂,通过光引发剂在特定波长光源照射下发生聚合固化。当前商用光敏树脂种类涵盖标准树脂、柔性树脂、耐高温树脂、牙科专用树脂及铸造用树脂等,颜色选择相对有限。
光敏树脂的成本结构受功能特性影响显著:通用型树脂价格约为300元/升,入门级产品可能低于此区间,而具备特殊性能(如生物相容性、高精度铸造适配性)的树脂价格可达2000元/升。不同设备厂商的光敏树脂配方存在兼容性问题,需按设备要求选用认证材料。
二、金属粉末材料体系
金属3D打印采用粉末烧结/熔化技术,主流工艺包括直接金属激光烧结(DMLS)与选择性激光熔化(SLM)。两类技术均通过高能激光将金属粉末逐层熔融结合,适用材料涵盖铜、铝、不锈钢、钛、镍基合金等金属及合金体系。金属粉末需满足严格粒径控制(通常≤30μm)与高球形度要求,制备工艺复杂导致生产成本居高不下。当前金属粉末的市场价格区间为1500~3500元/千克,具体取决于合金成分与粉末纯度。