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3D打印释放粉末冶金市场潜力

2018-03-29

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　　凭证《透视先进制造》，粉末冶金是一种通过加热压实金属粉末至低于其熔点举行金属成型历程的手艺。该手艺已经保存凌驾100年，在已往的25年成为了公认的生产种种高质量零件的优质手艺。该手艺相较于其他金属成型手艺，如铸造、铸造等，在质料使用率、形状重漂后和近净形尺寸控制等方面均具有优势，由于其具有增进可一连生长的性子，粉末冶金被公以为绿色手艺。

1 粉末冶金—高性价比零部件的首选成型工艺

　　凭证配方差别，粉末冶金零件的抗拉强度在170——1200MPa之间，相比古板零件制造工艺，具有如下优势：1)零件靠近最终尺寸，具有优异的光洁度，镌汰后续加工本钱，最大限度地镌汰废品损失;2)能够生产别的工艺无法制造的重大或奇异形状的零件;3)能够控制产品的孔隙率，以此知足产品自润滑、耐磨性等方面的需求。相对古板机加工切削工艺，粉末冶金节能60%，质料使用率高达95%，是高性价比零部件的极佳选择。也作为增材制造的主要成型工艺，成为中国制造2025的主要一环。

2 全球年市场规模八十亿美元，龙头GKN粉末冶金收入规模逾近百亿人民币

　　据全球粉末冶金龙头GKN公司测算，2016年，全球粉末冶金产品销售额约80亿美元。GKN公司是粉末冶金领域的龙头企业，产品包括用于汽车发念头、变速箱、泵、车身、底盘、以及压缩机、金属注塑成型等零部件。GKN粉末冶金营业收入近五年一直维持在14亿美元左右，营业利润率也稳固在10%左右。按用途划分，汽车零部件其总销售收入的72%，占其粉末冶金零件的销售的85%。

3 海内汽车领域占较量低，200亿以上市场空间尚待开拓

　　我国现在平均每辆汽车粉末冶金制品用量仅约5kg，远低于欧洲的14kg，美国的19.5kg。另一方面，2016年，我国海内汽车粉末冶金制品占粉末冶金总产品的比例虽提升至约60%，但仍然远低于蓬勃国家80%的比例。与此同时，我国汽车粉末冶金产品的种类并不齐全，现在主要应用于连杆、垫片等手艺含量较低产品，而手艺要求更高的VVT、VCT、行星齿轮等由于手艺壁垒较高，现在海内绝大部分企业无法批量生产。粉末冶金在汽车上主要应用在发念头与变速箱两个领域，假设2020年乘用车销量达3000万辆，发念头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零件，海内汽车粉末冶金市场空间达200亿元。

-- 粉末冶金应用工艺

　　粉末冶金主要有古板法、金属注射成型(MIM)、金属3D打印(AM)、等静压(IP)四种工艺，其中，现在在汽车等领域应用最为普遍的，是古板法与MIM法。所需的原质料，即粉末冶金混粉，有两种类型，零件生产商使用的自混粉及粉末供应商提供的预混粉。

- 金属注射成型(MIM)

　　该工艺为生产制造重大形状的零件提供了可能，使用细金属粉末(通常小于20微米)，与粘合剂(种种热塑性塑料、蜡等质料)配制订制为质料，送入腔(或多腔)的举行注射成型。

MIM工艺与塑料注射成型和高压压铸很是相似，它可以爆发相同的形状和结构特点。然而，这仅限于相对小(一样平常小于250克)，高度重大的零件，不然需要大宗的精加工或装配操作。

　　金属注射成型工艺生产的零件，其机械性能险些相当于铸造质料，提供了险些无限的形状和几何特征的能力，具有很高的生产速率。

- 等静压(IP)

　　适用于所有偏向上压力均等的粉末致密部件，从而抵达最大密度和微观结构匀称和无单轴压的几何限制。用于生产致密的高性能零部件。

　　等静压分为冷和热等静压，冷等静压(CIP)是在常温下压实“绿色部件”，而热等静压(HIP)则在高温下通过固态扩散牢靠部件，热等静压也可以用来消除烧结粉末冶金零件剩余气孔率。

- 3D打印

　　金属3D打印包括直接金属3D打印和间接金属3D打印。

　　金属粉末床熔融(PBF)是现在最普遍被使用的金属3D打印手艺。包括去年通用电气投资14亿美元收购Concept Laser和Arcam，进一步增强了金属粉末床熔融的市场关注度。 PBF被以为是一种直接的金属3D打印手艺，包括激光熔融和电子束熔融两种加工方法，现在激光熔融方法被更普遍的使用。在这个领域，活跃着众多的品牌，包括GE收购的Concept Laser和Arcam，包括原有的金属3D打印解决计划商德国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，以及德马吉森精机等。

　　尚有一种直接金属3D打印手艺(LENS —— 定向能量沉积手艺)是冶金粉末的另一种应用工艺。

　　间接金属3D打印手艺，故名思意是指通过金属3D打印历程所获得的金属零件并不是最终的零件，而是需要通过高温炉的热处理历程将金属零件中的化学物质去除，从而获得致密的金属零件。

　　虽然，目今间接金属3D打印手艺包括多种差别的手艺，凭证3D科学谷的市场研究一大类是以Desktop Metal, 3DEO, Markforged所代表的binder jetting手艺，另一类是以Xjet为代表的NanoParticle Jetting手艺，第三类是Prodways以树脂为间接体的金属3D打印手艺，第四类则是惠普将要推出的金属3D打印手艺。而GE也将推出金属零件的粘结剂喷射3D打印装备。

-- 粉末冶金制备

　　制粉装备应用于质料制粉历程。制粉要领可划分为三大类：机械制粉，物理制粉，化学制粉，常用的制粉要领有氧化物还原法、雾化法、旋转电极法、电解法和机械破碎法等，差别制粉要领所使用的装备也是差别的。凭证差别的制粉要领，主要使用的装备包括还原炉、离子膜电解槽、球磨机等。

-- 粉末冶金应用市场

　　粉末冶金零件的应用很普遍，主要可分为两大类：第一类是难以用其他要领制造的部件，如钨、钼或钨硬质合金。别的，含油轴承，过滤器和许多类型的硬和软磁元件都是接纳粉末冶金手艺生产。第二类是能为铸件和锻件提供一种经济高效的替换计划，如汽车离合器片、连杆、凸轮轴、行星齿轮载体等。

　　粉末冶金产品普遍用于汽车行业、航空航天行业、家电行业以及消耗电子行业。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;现在，我国海内粉末冶金企业主要生产家电、消耗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、电电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;消耗电子领域，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，家电与消耗电子行业粉末冶金件手艺门槛较低，种种中小厂商争相进入，导致我国海内低端粉末冶金市场竞争十分强烈。

　　汽车行业是主要的应用领域，约占70%。其他主要的市场包括娱乐，家用电器，工业电机及控制，硬件和商业机械等。2016年，我国海内汽车粉末冶金制品占粉末冶金总产品的比例提升至约60%，但仍然低于蓬勃国家80%的比例。与此同时，我国汽车粉末冶金产品的种类并不齐全，现在主要是一些手艺含量较低的连杆、垫片、链轮等产品，而绝大大都企业无法批量生产手艺要求更高的VVT、VCT、行星齿轮等产品。

　　粉末冶金汽车零部件主要应用于两大类车辆领域：发念头，变速箱/分动箱。凭证MPIF(金属粉末工业团结会)的统计，粉末冶金零件在300多个单独的汽车部件上均有应用，零件总数凌驾750个�Ｋ剂康浇谀芗跖庞氡厩刂埔蛩�，海内企业未来会更多使用粉末冶金工艺生产汽车零部件。

　　汽车发念头与变速箱是粉末冶金零部件应用最为普遍的两个领域。在这两个领域里，发念头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零件，海内汽车粉末冶金市场空间达200亿元。

- 发念头粉末冶金市场规模约40亿

　　在汽车发念头领域，一辆乘用汽车上平均使用两个发念头可变正时气门(VVT)，其单价约70元，即对应每辆汽车的价值量为140元/辆，凭证智研咨询宣布的《2017-2022年中国汽车市场运行态势及投资战略研究报告》预计，2020年中国乘用车销量将抵达3000万辆的规模，接纳粉末冶金手艺制造的VVT约有42亿元的生长空间。

- 变速箱粉末冶金市场规模约150亿

　　在汽车变速器领域，汽车变速器分为四大类，手动变速器(MT)，约占45%市场份额，自动变速器(AT)占30%市场份额，无级变速器(CVT)占15%市场份额，双离合器(DCT)占10%市场份额，其中AT、DCT市场快速生长，时机较多，CVT市场粉末冶金时机较少。

　　单个MT、AT、CVT、DCT变速箱使用的粉末冶金零部件价钱划分约为500元、600元、200元、500元。2020年，预计中国乘用车销量3000万辆，假设种种型变速器市场份额稳固，则MT、AT、CVT、DCT变速箱的数目划分为1350万、900万、450万、300万。总计变速箱内粉末冶金零部件的市场空间约150亿元。

　　若粉末冶金行业能够取到手艺上的突破，强度、耐磨性等指标进一步提升，则团结齿轮、传动齿轮等古板铸造零件有望被粉末冶金零件所取代，市场规模将会进一步爆发式扩张。

-- 粉末冶金市场

　　凭证GKN公司测算，2016年，全球粉末冶金产品销售额约为80亿美元。其中，销售额前十名的公司总销售额约为45亿美元，市场份额约占60%。前十名的公司中，5家公司为欧洲企业，4家公司为日本企业，1家公司为美国企业。GKN公司为行业的向导者，2016年其粉末部分销售额达 10.3亿英镑(14亿美元)，市场份额约占18%，远高于第二名住友电工9%的市场份额。

　　凭证中国机协粉末冶金分会统计，2016年我国粉末冶金零件出货量48万吨，销售额达64亿元，其中汽车行业销售额40亿元，占销售总额62%。2017年，粉末冶金市场规模预计达69亿，实现稳固增添。

GKN是粉末冶金领域的龙头企业，有着最大的销售规模以及最齐全的产品种类。在粉末冶金领域具有很好的参考意义。GKN粉末冶金由两个部分组成：GKN Sinter Metals和Hoeganaes。GKN Sinter Metals是粉末冶金成形零件的行业向导者，其市场份额天下第一。产品包括用于汽车发念头、变速箱、泵、车身、底盘、压缩机的粉末冶金零部件、粉末冶金制作的轴承与过滤器、金属注塑成型组件、其他工业应用的粉末冶金零部件，以及用于电念头的软磁元件。Hoeganaes是GKN旗下专门提供高质量金属粉末的公司，其产品包括铁粉、铜粉、钨粉、钛粉等金属粉末，普遍用于粉末冶金，化工和焊接等工业。其市场份额天下第二。

2016年，GKN粉末冶金部分的营业收入为14亿美元。其中Sinter Metals孝顺了11.7亿美元的收入，占总收入的83.6%;Hoeganaes孝顺了2.3亿美元的收入，占总收入的16.4%。其主要客户包括福特、通用汽车、舍弗勒、博格华纳等诸多著名汽车公司与汽车零部件公司。

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