中國(guó)3D打印市場(chǎng)行業(yè)分析報(bào)告

1、2014年中國(guó)大陸市場(chǎng)3d打印行業(yè)分析報(bào)告目 錄一、市場(chǎng)篇41、市場(chǎng)規(guī)模22億美元，工業(yè)級(jí)設(shè)備占主流42、增材制造需與制造工藝密切結(jié)合，產(chǎn)業(yè)鏈體系龐雜53、與傳統(tǒng)制造方法相比，增材制造的核心優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域74、增材制造的發(fā)展空間、動(dòng)力與阻力8二、技術(shù)篇111、七類增材制造技術(shù)的特點(diǎn)、優(yōu)劣勢(shì)比較11（1）材料擠出：代表技術(shù)fdm（fused deposition modeling熔融沉積）13（2）光固化sl（stereo lithography立體光刻）和材料噴射polyjet13（3）粘結(jié)劑噴射：代表技術(shù)3dp（3 dimension printing）15（4）粉末床熔化：代表技術(shù)eos公司的d

2、mls（direct metal laser sintering直接金屬激光燒結(jié)）16（5）直接能量沉積：代表技術(shù)lens（laser engeering net shape激光凈成形）17（6）片材實(shí)體成型：代表技術(shù)lom（laminated object manufacturing）182、各技術(shù)間價(jià)格差異10倍183、材料性能、精細(xì)度、色彩、構(gòu)建尺寸、價(jià)格等指標(biāo)決定適用領(lǐng)域194、光固化占當(dāng)前最大市場(chǎng)銷售額，看好粉末床熔化（激光燒結(jié)）前景205、主要技術(shù)的詳細(xì)介紹21（1）材料擠出（material extrusion）21（2）材料噴射（material jetting）22（3）粘結(jié)

3、劑噴射（binder jetting）23（4）片材實(shí)體成型（sheet lamination）24（5）光固化（vat photopolymerization）25（6）粉末床熔化（powder bed fusion）27（7）直接能量沉積（directed energy deposition）28三、商業(yè)篇301、設(shè)備、材料、服務(wù)、平臺(tái)構(gòu)成主要商業(yè)環(huán)節(jié)302、全球雙寡頭格局初現(xiàn)313、專業(yè)型公司及創(chuàng)業(yè)機(jī)會(huì)仍十分豐富334、服務(wù)商：工藝亦能創(chuàng)造價(jià)值，是目前中國(guó)最容易快速發(fā)展的環(huán)節(jié)345、平臺(tái)商：利用互聯(lián)網(wǎng)，開(kāi)創(chuàng)云制造+創(chuàng)客時(shí)代35四、應(yīng)用篇371、總述372、消費(fèi)類產(chǎn)品目前應(yīng)用3d打印最多3

4、73、航空航天突破顯著，已實(shí)現(xiàn)零件直接批量制造394、醫(yī)療生物：3d打印大有可為40（1）體外醫(yī)療器械制造無(wú)需生物相容的材料41（2）個(gè)性化永久植入物41（3）細(xì)胞3d打印42五、行業(yè)主要公司簡(jiǎn)況431、3d systems：3d打印全套產(chǎn)業(yè)供應(yīng)商43（1）公司介紹43（2）公司發(fā)展44（3）公司主要產(chǎn)品及技術(shù)特點(diǎn)44（4）公司業(yè)績(jī)45（5）公司市場(chǎng)份額462、stratasys：全球規(guī)模最大的3d打印機(jī)制造商47（1）公司介紹47（2）公司發(fā)展47（3）公司產(chǎn)品及技術(shù)特點(diǎn)48（4）公司業(yè)績(jī)及市場(chǎng)份額493、exone：工業(yè)3d打印新興成長(zhǎng)公司50（1）公司介紹50（2）公司產(chǎn)品及技術(shù)特點(diǎn)51

5、（3）公司業(yè)績(jī)52一、市場(chǎng)篇 “3d打印”是一種更便于大眾理解的通俗稱謂，在工業(yè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)中，“3d 打印” 被稱為“增材制造”它與傳統(tǒng)“減材制造”相對(duì)應(yīng)，借助三維數(shù)字模型設(shè)計(jì)， 使用各種打印技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)材料層層疊加，最終形成三維物體的一種制造方式。 1、市場(chǎng)規(guī)模22億美元，工業(yè)級(jí)設(shè)備占主流 2012 年，全球增材制造市場(chǎng)規(guī)模達(dá)22.04 億美元。2009 年之前的15 年發(fā)展歷程中，平均增速約13%，而20102012 年進(jìn)入快速發(fā)展期，三年復(fù)合增速達(dá)27%。wohlers associates 預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年，該市場(chǎng)仍會(huì)保持近20%的增長(zhǎng)，到2021 年， 行業(yè)規(guī)模或達(dá)108 億美元，為目前的

6、5 倍。整個(gè)增材制造市場(chǎng)可按價(jià)值鏈劃分為設(shè)備、材料和服務(wù)三個(gè)大類。設(shè)備市場(chǎng)6.2億美元，占比并不大，約構(gòu)成市場(chǎng)容量的28%，包括設(shè)備硬件、軟件、系統(tǒng)更新、售后支持等；材料4.2億美元，占19%；服務(wù)則占54%，主要來(lái)自服務(wù)供應(yīng)商利用設(shè)備材料加工的零部件收入。 以上產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)不包括衍生市場(chǎng)，即增材制造的中間產(chǎn)品（如模具及鑄件）及其他服務(wù)（如模型設(shè)計(jì)），2012 年衍生市場(chǎng)產(chǎn)值估計(jì)為11.9 億美元。 此外，增材制造設(shè)備可按照應(yīng)用劃分為工業(yè)機(jī)和個(gè)人機(jī)，一般將5000 美元以上歸屬為工業(yè)級(jí)，5000 美元以下屬于個(gè)人桌面級(jí)產(chǎn)品。2012 年，工業(yè)級(jí)設(shè)備銷售了7771 臺(tái)，占據(jù)市場(chǎng)價(jià)值量的94%；而媒體

7、關(guān)注較多的個(gè)人3d 打印機(jī)市場(chǎng)雖銷量達(dá)3.5 萬(wàn)臺(tái)，但因單價(jià)低，價(jià)值量?jī)H4000 萬(wàn)美元，僅占6%。本文除非特別指出是個(gè)人3d打印機(jī)，一般文字主要針對(duì)工業(yè)級(jí)應(yīng)用。 2、增材制造需與制造工藝密切結(jié)合，產(chǎn)業(yè)鏈體系龐雜 增材制造的整個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模雖仍不大，但其縱向長(zhǎng)度和橫向?qū)挾确秶枷喈?dāng)廣闊。 從產(chǎn)業(yè)鏈縱向角度，包括上游的打印材料、中游的打印設(shè)備制造，及下游的打印服務(wù)。從產(chǎn)業(yè)鏈橫向角度進(jìn)一步細(xì)分，上游材料可分為塑料、金屬兩大類，以及蠟、石膏、砂等其他各種材料； 中游設(shè)備若從應(yīng)用的維度劃分包括個(gè)人桌面級(jí)應(yīng)用、工業(yè)級(jí)應(yīng)用兩大類，以及建筑、食品、藝術(shù)等細(xì)分應(yīng)用，若從技術(shù)的維度又可劃分為fdm、ls、sl、3d

8、p等多種技術(shù)路線，每種技術(shù)路線有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適合的領(lǐng)域； 下游服務(wù)則包括結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)、模型優(yōu)化、制造成型服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)交易平臺(tái)等多種方式和商業(yè)模式。 正是由于每一個(gè)非常細(xì)分的應(yīng)用場(chǎng)景都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)適合的材料、設(shè)備和工藝，令“增材制造”事實(shí)上是一個(gè)相當(dāng)龐雜的制造體系。不僅材料種類數(shù)以百計(jì)，設(shè)備價(jià)格從幾百美元跨度到幾百萬(wàn)美元不等，產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)公司的生態(tài)模式也非常多樣。這令描述清楚整個(gè)產(chǎn)業(yè)的全貌并不容易。 3、與傳統(tǒng)制造方法相比，增材制造的核心優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域 業(yè)界普遍認(rèn)為，增材制造并不會(huì)取代傳統(tǒng)減材制造，而是一種補(bǔ)充。 增材制造的優(yōu)勢(shì)在兩個(gè)領(lǐng)域最為突出：第一，是傳統(tǒng)方法難以制造的高復(fù)雜性產(chǎn)品； 第二，是傳統(tǒng)制

9、造缺乏經(jīng)濟(jì)性和快速反應(yīng)能力的極小批量制造。 因而，目前最適用于增材制造的領(lǐng)域，主要包括航空航天（高復(fù)雜度結(jié)構(gòu)、極小批量）、醫(yī)療（生物特征、個(gè)性化需求）、工業(yè)品的原型制作（極小批量、對(duì)導(dǎo)入快速性要求高）、模具（極小批量、提升新品開(kāi)發(fā)速度）、個(gè)性化產(chǎn)品（如古董復(fù)制、定制消費(fèi)品）。此外，未來(lái)增材制造還將在下列方面具有潛力： 第一，設(shè)計(jì)理念革新帶來(lái)制造流程優(yōu)化，比如用增材制造方式設(shè)計(jì)生產(chǎn)，可減少零件個(gè)數(shù)，從而可降低庫(kù)存、減少裝配人工、降低管理復(fù)雜度，從而提升生產(chǎn)效率； 第二，設(shè)計(jì)優(yōu)化帶來(lái)材料節(jié)省及性能增強(qiáng)，比如在關(guān)鍵受力部位加強(qiáng)材料布臵，在非受力點(diǎn)采用中空等傳統(tǒng)制造較難實(shí)現(xiàn)的方式，可在保證強(qiáng)度的情況下

10、顯著節(jié)省原材料，降低產(chǎn)品重量。這已經(jīng)在航天器、飛機(jī)、頂級(jí)賽車的部分零件上取得成功應(yīng)用。另外還有在熱交換器等部件設(shè)計(jì)上提升熱效率。4、增材制造的發(fā)展空間、動(dòng)力與阻力 全球整個(gè)工業(yè)制造體量的數(shù)量級(jí)應(yīng)當(dāng)以幾十萬(wàn)億美元計(jì)，而目前增材制造的整個(gè)體量約幾十億美元，差距萬(wàn)倍。 增材制造市場(chǎng)的增速的確很快，但要達(dá)到傳統(tǒng)工業(yè)制造的百分之一甚至千分之一， 都仍有非常漫長(zhǎng)的道路要走。當(dāng)然，即便是最終僅達(dá)到傳統(tǒng)工業(yè)的千分之一份額， 也意味著增材制造還有10 倍的成長(zhǎng)空間。 增材制造近年來(lái)的增長(zhǎng)動(dòng)力來(lái)自于兩個(gè)方面： 一方面，下游應(yīng)用層面對(duì)增材制造技術(shù)的認(rèn)識(shí)理解逐步加深，工藝上的know-how 普及促進(jìn)了技術(shù)推廣。 另

11、一方面，增材制造技術(shù)自身日新月異，其能力范圍不斷擴(kuò)張，例如材料種類拓展；設(shè)備性能提高；使用方便程度改善等。 在上述動(dòng)力推動(dòng)下，增材制造在原型試制、樣品展示、模具、個(gè)性化消費(fèi)等應(yīng)用上取得飛速發(fā)展，但這些應(yīng)用的產(chǎn)量都極小，因此可預(yù)見(jiàn)長(zhǎng)期市場(chǎng)容量的天花板并不高。 未來(lái)，增材制造能否取得10 倍的增長(zhǎng)，關(guān)鍵還是看它能否實(shí)現(xiàn)零件的直接大批量制造。 在近十年的發(fā)展中，直接部件制造的應(yīng)用比例快速提升，但2012 年市場(chǎng)規(guī)模仍僅有6億美元，且主要局限于高復(fù)雜性、極小批量領(lǐng)域。增材制造應(yīng)用于直接大批量制造的主要瓶頸在于： 第一，符合工業(yè)要求的材料種類仍然缺乏：工業(yè)應(yīng)用對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、耐高低溫提出更多

12、更高要求； 第二，設(shè)備的穩(wěn)定性和加工過(guò)程的可重復(fù)性有待進(jìn)一步加強(qiáng)，如電壓穩(wěn)定性、粉末均勻性一致性等細(xì)節(jié)都可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，如何有效檢測(cè)出問(wèn)題產(chǎn)品亦需要研究； 第三，材料成本高：如增材制造中常用的pla 和abs 塑料價(jià)格在100250 美元/kg，是普通材料的十倍以上； 第四，制造時(shí)間長(zhǎng)：如各種增材制造技術(shù)中，以速度見(jiàn)長(zhǎng)的粘結(jié)劑噴射方法亦僅能實(shí)現(xiàn)每小時(shí)3cm 高度的建造，在其他技術(shù)中，一個(gè)中型零件制造時(shí)間以天計(jì)算并不罕見(jiàn)，且制造完成后仍需經(jīng)過(guò)后處理才能成為成品； 第五，尺寸受限：?jiǎn)我环较蜃畲蟪叽绯^(guò)50cm的設(shè)備價(jià)格基本都超過(guò)50 萬(wàn)美元，更大尺寸加工對(duì)于精度和成本的考驗(yàn)幾何級(jí)放大。 因而

13、，對(duì)于大批量的普通零部件生產(chǎn)，傳統(tǒng)制造方式仍具有無(wú)可替代的效率和成本優(yōu)勢(shì)。增材制造技術(shù)也將在上述方面逐步縮短與傳統(tǒng)制造的差距當(dāng)中，逐步擴(kuò)大其適用范圍。需要補(bǔ)充的是，去年，在航空航天領(lǐng)域，零件直接批量制造出現(xiàn)令人振奮的突破： 2012年11月，美國(guó)ge航空收購(gòu)增材制造服務(wù)商morris，后者被收購(gòu)前為ge航空的外包供應(yīng)商，與激光燒結(jié)領(lǐng)域領(lǐng)先的設(shè)備供應(yīng)商德國(guó)eos合作研發(fā)。ge航空同時(shí)宣布，新一代的leap航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴將用增材制造技術(shù)生產(chǎn)。由于每年leap發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)量將達(dá)1700臺(tái)且每臺(tái)有19個(gè)燃油噴嘴，這意味著每年將有32000個(gè)高復(fù)雜性零件將由增材制造技術(shù)生產(chǎn)。 這將顯著拉動(dòng)設(shè)備需求，20

14、12年eos全球設(shè)備銷售總量約140臺(tái)，但僅此一個(gè)項(xiàng)目，估計(jì)將需要eos設(shè)備量超過(guò)50臺(tái)，考慮到eos設(shè)備單價(jià)超過(guò)100萬(wàn)美金，那么這一項(xiàng)目的設(shè)備市場(chǎng)容量估計(jì)為5000萬(wàn)美元。 這標(biāo)志著在航空領(lǐng)域高復(fù)雜性零件直接制造上，增材制造工藝的成熟度獲得了主流生產(chǎn)商的認(rèn)可。 二、技術(shù)篇 增材制造的核心理念是材料的逐層疊加，實(shí)現(xiàn)方式多樣，每一種主流技術(shù)都找到了各自適合的應(yīng)用領(lǐng)域，彼此間既有重疊亦各有所長(zhǎng)，暫時(shí)看不到某一種或兩種將成為絕對(duì)的趨勢(shì)。 行業(yè)龍頭公司stratasys和3d systems利用收購(gòu)，令自己的產(chǎn)品和技術(shù)多元化，從而適應(yīng)豐富多樣的細(xì)分市場(chǎng)需求。而eos、exone、envisionte

15、c等眾多專注于某一類別技術(shù)的公司也憑借專業(yè)性，擁有各自的成長(zhǎng)空間。 1、七類增材制造技術(shù)的特點(diǎn)、優(yōu)劣勢(shì)比較 自1987年采用sl技術(shù)的第一臺(tái)商用3d打印機(jī)問(wèn)世以來(lái)，3d打印技術(shù)種類不斷增加，且逐漸完善。根據(jù)astm“增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)”，“增材制造”的成型技術(shù)可分為七種（表3）。目前市場(chǎng)上盛行的諸多打印技術(shù)，如fdm、sl、3dp、lens、sls等，均是在這七種成型技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。為便于介紹清楚，我們將依次介紹使用半液態(tài)熱塑性材料的fdm、使用液態(tài)光敏聚合物的sl和polyjet、用固態(tài)粉末的3dp、dmls、用片材的lom。不同材料決定了不同的應(yīng)用領(lǐng)域和屬性。 （1）材料擠出：代表

16、技術(shù)fdm（fused deposition modeling熔融沉積） 成型過(guò)程：將絲狀材料加熱至熔融狀態(tài)，然后從噴頭擠壓出并移動(dòng)堆積。其原理決定只能用熱塑性材料，且噴頭絲材直徑相較其他工藝較大（0.51mm），因而制品層厚高，表面粗糙，呈現(xiàn)條紋。但由于使用液化器而非激光，設(shè)備價(jià)格低，且運(yùn)行過(guò)程無(wú)污染，易于操作，因而適合在家庭、學(xué)校、辦公室等場(chǎng)所使用。熱塑性材料具有一定耐溫性和強(qiáng)度，可用于制造精度要求不高的概念模型、功能測(cè)試原型。 stratasys公司是該技術(shù)的發(fā)明者，目前依然領(lǐng)導(dǎo)該領(lǐng)域，其開(kāi)發(fā)的支撐材料可通過(guò)溶解液自動(dòng)溶解，減輕了后處理工作量。由于fdm單價(jià)較低，簡(jiǎn)單易用，從數(shù)量而言，f

17、dm是目前出貨量最大的增材制造設(shè)備。（2）光固化sl（stereo lithography立體光刻）和材料噴射polyjet 兩者都使用液態(tài)光敏聚合物作為材料。光敏聚合物材料的特點(diǎn)是固化過(guò)程無(wú)熱反應(yīng)，因而其精細(xì)度是所有工藝中最高的。下圖展示了fdm和光固化技術(shù)制品的差異，在未經(jīng)處理前，fdm技術(shù)制品存在明顯的層疊紋路，而光固化技術(shù)制品光潔細(xì)膩。光固化方式下，激光光斑可控制在極小尺寸，能實(shí)現(xiàn)25um（平均100um）精度；材料噴射polyjet方式下，噴墨打印頭分辨率更高，可實(shí)現(xiàn)16um的業(yè)界最高精細(xì)度。因而這兩種技術(shù)都特別適用于對(duì)精細(xì)度有較高要求的場(chǎng)景，如澆鑄模具或其他高硬度模具的母模；也可用

18、在成品生產(chǎn)出之前的印刷和宣傳片需要。 但是，光敏聚合物的缺點(diǎn)也很突出。第一，材料有毒，需要配通風(fēng)系統(tǒng)及防護(hù)手套等，并不適用于家庭和學(xué)校；第二，強(qiáng)度、剛度、耐熱性有限，難以用作耐久性、耐熱性等功能測(cè)試，也不易長(zhǎng)期保存。如fdm中用的abs材料可耐受100攝氏度，sl中用的光敏樹(shù)脂材料只能耐受50攝氏度。 光固化與材料噴射兩者因原材料屬性類似而應(yīng)用重合度較高。由于光固化技術(shù)商業(yè)化較早，目前安裝量顯著大于材料噴射，但我們認(rèn)為，材料噴射技術(shù)的增速可能會(huì)高于光固化，尤其在中高端領(lǐng)域。 原因一：objet公司（現(xiàn)被stratasys收購(gòu)）開(kāi)發(fā)的polyjet設(shè)備使用的支撐材料可用高壓水槍去除，而3d sy

19、stems公司的sla設(shè)備需要較多的手工打磨處理； 原因二：objet公司的高端產(chǎn)品connex設(shè)備可同時(shí)噴射兩種不同材料，這是各種增材制造工藝中唯一能在一次作業(yè)中實(shí)現(xiàn)兩種材料結(jié)合的技術(shù)，這令其可創(chuàng)造出特殊材料，例如可以建模那些同時(shí)含有橡膠握把和硬質(zhì)部件的產(chǎn)品，如牙刷、剃須刀等。（3）粘結(jié)劑噴射：代表技術(shù)3dp（3 dimension printing） 這一技術(shù)也采用噴墨打印頭，通過(guò)噴出液態(tài)粘結(jié)體將鋪有粉末的各層固化，實(shí)現(xiàn)成型。由于材料是粉末狀，選擇范圍較上述工藝更廣泛，塑料、陶瓷、石膏、砂都可用。 該技術(shù)最大特色在于： 1）可在粘結(jié)體中添加顏料，從而實(shí)現(xiàn)圖片全彩打印，特別適合于彩色消費(fèi)品外

20、觀展示、游戲人物造型等需要用色彩傳遞信息的場(chǎng)景； 2）成型速度快，可達(dá)其他技術(shù)510倍。3dp的缺點(diǎn)在于層厚較高，表面粗糙；另外成型強(qiáng)度有限，但可以通過(guò)滲樹(shù)脂等后處理手段加強(qiáng)。:（4）粉末床熔化：代表技術(shù)eos公司的dmls（direct metal laser sintering直接金屬激光燒結(jié)） dmls用高能量激光束或電子束照射鋪好的粉末材料，將其熔化同時(shí)層層燒結(jié)固化。由于也是采用粉末材料，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，尤其在難熔、難加工材料有突出用途，包括鈦，不銹鋼，鈷鉻合金，工具鋼等，制品能實(shí)現(xiàn)高度復(fù)雜性并達(dá)到高強(qiáng)度機(jī)械性能。 這令dmls被認(rèn)為是未來(lái)最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)零件直接制作的技術(shù)。已經(jīng)實(shí)

21、現(xiàn)的應(yīng)用包括ge航空新一代發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴、可注塑10萬(wàn)件塑料的金屬模具、醫(yī)療種植體如膝蓋、脊柱種植體、牙齒修復(fù)等等。在對(duì)增材制造服務(wù)商的調(diào)研中，eos位居最想購(gòu)買的設(shè)備的首位，如果加上同類別的arcam和concept laser，多達(dá)38%的服務(wù)商愿意新添臵粉末床熔化設(shè)備。 由于材料成本、聚合物粉末的回收以及惰性氣體與安全性對(duì)設(shè)備要求，粉末床熔化相對(duì)較為昂貴。設(shè)備價(jià)格遠(yuǎn)高于前幾種技術(shù)。eos公司年銷量約150臺(tái)，遠(yuǎn)低于stratasys fdm設(shè)備3000多臺(tái)銷量，也低于3d systems光固化設(shè)備1000多臺(tái)銷量，但其收入規(guī)模估計(jì)達(dá)后面兩家公司的三分之二。（5）直接能量沉積：代表技術(shù)len

22、s（laser engeering net shape激光凈成形） 如果形象地說(shuō)粉末床熔化是“鋪粉燒結(jié)”，那么lens是“噴粉燒結(jié)”，即在材料從噴嘴輸出時(shí)，用高能量激光同步熔化材料，凝固后形成實(shí)體層。lens與粉末床熔化一樣適用于難熔、難加工材料，不同點(diǎn)在于噴粉方式的成型精度較低，但成型空間不受限制，因而常用于制作大型金屬零件精密毛坯。:此外，由于構(gòu)建過(guò)程不再限于連續(xù)水平層，并可以同時(shí)使用多種材料，使lens技術(shù)具有在現(xiàn)有零部件中添加材料、增加結(jié)構(gòu)（如在平板上制造加強(qiáng)筋）、快速修復(fù)金屬零件的獨(dú)特功能，在軍工、航空航天、高速列車等領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。 我國(guó)在其他增材制造技術(shù)上落后于國(guó)外，但在le

23、ns技術(shù)上的部分領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。我國(guó)北京航空航天大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以及西北工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)都取得杰出成就。 （6）片材實(shí)體成型：代表技術(shù)lom（laminated object manufacturing） :lom是將材料薄片（如紙、塑料）用外力切出，經(jīng)多層壓制而成。由于材料浪費(fèi)嚴(yán)重、成型件表面粗糙及強(qiáng)度差等原因，片材實(shí)體成型技術(shù)有漸趨淘汰之勢(shì)。2、各技術(shù)間價(jià)格差異10倍 不同技術(shù)典型設(shè)備的價(jià)格差異非常巨大。 在相同建造尺寸的設(shè)備間進(jìn)行比較，越低的價(jià)格往往意味著用于更易加工的材料，這些材料在強(qiáng)度、性能上較弱，更適合于制作原型，作為外觀、功能驗(yàn)證用途；而越高的價(jià)格往往用于更難加工的材料，盡管成本大

24、幅上升，但可能會(huì)適用于直接制造工業(yè)用零件。3、材料性能、精細(xì)度、色彩、構(gòu)建尺寸、價(jià)格等指標(biāo)決定適用領(lǐng)域 不同技術(shù)由于各自的特點(diǎn)和局限性，在不同領(lǐng)域的應(yīng)用也有所差別。 一般來(lái)說(shuō)，材料擠出由于其成本較低，在價(jià)格導(dǎo)向的個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域有較多應(yīng)用。在原型制作領(lǐng)域，根據(jù)原材料的不同采用的技術(shù)也有所差異，如熱塑性材料采用材料擠出，光敏性材料則多采用材料噴射或光固化。粉末床熔化和直接能量沉積則主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。上表僅僅列出特色的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)際上，隨著新材料的推出和工藝的進(jìn)步，更多的應(yīng)用領(lǐng)域日益涌現(xiàn)，互相之間的重疊度也在加大。 4、光固化占當(dāng)前最大市場(chǎng)銷售額，看好粉末床熔化（激光燒結(jié)）前景各類技術(shù)若按照設(shè)備的銷

25、售量劃分（僅指5000 美元以上的工業(yè)級(jí)設(shè)備），材料擠出占比最大41%，其次是光固化25%和材料噴射19%，這意味著從用戶使用的廣泛程度而言，這三種居前。 但由于設(shè)備價(jià)格差異巨大，銷量無(wú)法正確反映市場(chǎng)容量。因而我們根據(jù)各公司的單價(jià)水平估計(jì)了每類設(shè)備的銷售額，以此推算的占比則是光固化最大31%，材料擠出22%，粉末床熔化21%。未來(lái)何種技術(shù)最受關(guān)注？ 根據(jù)wohlers associates 對(duì)增材制造服務(wù)供應(yīng)商的調(diào)查，目前盈利性最佳的是3d systems 公司的光固化設(shè)備，其次是eos 的粉末床熔化，stratasys 公司基于材料擠出的fdm，列第三。 但從未來(lái)增材制造服務(wù)商最想購(gòu)買的設(shè)備

26、來(lái)看，則依次是eos 的粉末床熔化、stratasys 的fdm 和3d systems 的粉末床熔化。 若按技術(shù)類別，粉末床熔化的需求量超過(guò)了50%。由于粉末床熔化能夠處理難加工金屬和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，是未來(lái)直接制造零件的理想選擇，因而該技術(shù)在未來(lái)將可能獲得更大的成長(zhǎng)空間。而目前盈利性最佳且市場(chǎng)銷售額最大的光固化技術(shù)則可能面臨增速放緩。 5、主要技術(shù)的詳細(xì)介紹 （1）材料擠出（material extrusion） 材料擠出是通過(guò)擠壓頭擠出原材料，將原材料有選擇性地沉積為層的一種成型原理。它依靠擠壓頭或工作臺(tái)的移動(dòng)將截面堆積成型，且要求具有支撐結(jié)構(gòu)。一般而言， 材料擠出使用的是熱塑性絲狀材料。 在所

27、有的“增材制造”設(shè)備中，材料擠出技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。由于不需要激光器， 它所制造的設(shè)備也是相對(duì)較為便宜的。它主要有以下兩種典型的發(fā)展方向： l stratasys 的fdm。fdm 使用雙線軸材料，分別用于建造材料與支撐材料。1989 年stratasys 申請(qǐng)了fdm 技術(shù)專利，并于1991 年成功研發(fā)了全球首款基于fdm的3d 打印機(jī)。公司產(chǎn)品售價(jià)為0.95-50 萬(wàn)美元，之所以部分fdm 設(shè)備較為昂貴，主要因?yàn)樗鼈兡軕?yīng)用更多的材料，且能制作更大尺寸的零件。由于fdm 具有一些顯著優(yōu)點(diǎn)，該工藝發(fā)展極為迅速，目前fdm 系統(tǒng)在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30 。 l 售價(jià)為500-40

28、00 美元的低成本個(gè)人3d打印機(jī)。2011 年， stratasys 的fdm 相關(guān)專利技術(shù)到期，在reprap 開(kāi)源運(yùn)動(dòng)下相關(guān)軟件源碼可免費(fèi)獲得，從而個(gè)人3d 打印機(jī)售價(jià)降低，銷量快速爆發(fā)。同時(shí)，全球也迅速誕生了許多生產(chǎn)銷售低價(jià)個(gè)人3d 打印機(jī)的公司。 （2）材料噴射（material jetting） 材料噴射是通過(guò)噴墨打印頭有選擇性地噴射建造材料液滴，并將其堆積成型的一種技術(shù)。一般而言，材料噴射使用的是光敏聚合物或是能用作鑄造模型的蠟質(zhì)材料。 為了打印多種材料及提高成型速度，材料噴射系統(tǒng)能夠同時(shí)使用多個(gè)打印頭。因此一個(gè)單獨(dú)作業(yè)能夠使用多種材料，分別用于創(chuàng)建支撐結(jié)構(gòu)與建造材料。材料噴射系統(tǒng)

29、也可以打印多維材料及有梯度級(jí)別的材料零部件。它主要的發(fā)展技術(shù)如下： l stratasys的connex設(shè)備通過(guò)同時(shí)噴射兩種不同材料創(chuàng)造出了“數(shù)字材料”，且搭配不同比例材料生產(chǎn)出的零部件具有不同的材料特性。數(shù)字材料是一種沉積時(shí)借助uv（紫外線）將其固化的光聚合物。stratasys單一建造材料的材料噴射系統(tǒng)價(jià)格為2-17.3萬(wàn)美元，而connex系統(tǒng)則需花費(fèi)16-60萬(wàn)美元。 l 3d systems提供了一種被稱為多噴墨建模的材料噴射技術(shù)。該技術(shù)屬于3d systems projet系列系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包含其他三種技術(shù)工藝。projet系列材料噴射系統(tǒng)價(jià)格為6-16萬(wàn)美元。 l solidsc

30、ape提供的產(chǎn)品能夠生產(chǎn)用來(lái)鑄造金屬小部件的蠟?zāi)?，即小型高精度蠟成型。這個(gè)技術(shù)同時(shí)結(jié)合了專有熱塑性的噴墨技術(shù)及每一層的高精度銑削，其價(jià)格為2.6-4.6萬(wàn)美元。 l 瑞典hgans公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)專注于不銹鋼的金屬陶瓷材料噴射系統(tǒng)，其零部件在構(gòu)建后必須經(jīng)過(guò)熱處理。 （3）粘結(jié)劑噴射（binder jetting） 粘結(jié)劑噴射是通過(guò)噴墨打印頭將液體粘結(jié)劑擠到材料粉末中的一種成型技術(shù)。該技術(shù)噴射的材料與材料噴射幾乎一樣。但是，不同之處在于，該技術(shù)噴射的不是建造材料，而是一種使粉末保持所需形狀的液體，即液體粘結(jié)劑。 粘結(jié)劑噴射技術(shù)起源于mit，也被稱為3dp（三維打?。?0世紀(jì)80年代，mit的學(xué)生

31、保羅威廉姆斯和他的導(dǎo)師伊萊薩克斯教授發(fā)明了3dp。由于當(dāng)時(shí)的“增材制造”設(shè)備操作復(fù)雜且價(jià)格昂貴，3dp成為了受歡迎的替代品。mit將3dp相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)了專利并授權(quán)給了z corp.、exone、voxeljet等公司。隨后該技術(shù)的發(fā)展主要如下： l 最初z corp.進(jìn)行商業(yè)化的zprinter系統(tǒng)，目前作為3d systems projet x60系列在售，該系統(tǒng)使用的是石膏粉末及水溶性粘合劑，且部分機(jī)型還能夠?qū)崿F(xiàn)全彩打印。projet x60系列是辦公兼容3d打印機(jī)，它能提供一系列料倉(cāng)、成型速度以及色彩選項(xiàng)，價(jià)格為1.65-11.39萬(wàn)美元。 l exone開(kāi)發(fā)出將液體粘結(jié)劑噴射到金屬粉末

32、床或砂粉床的技術(shù)。金屬零部件由粘結(jié)劑噴射生產(chǎn)出來(lái)后，必須與金屬進(jìn)行再次燒結(jié)和滲透。exone設(shè)備為砂粉和金屬材料提供料倉(cāng)。雖然對(duì)于金屬零部件，還要考慮燒結(jié)和滲透耗費(fèi)的額外時(shí)間，但是，這些設(shè)備仍能以相對(duì)較高的速度構(gòu)建零部件。exone系統(tǒng)因?yàn)閾碛写笮蜆?gòu)建盒，所以較為昂貴，價(jià)格為12.5-140萬(wàn)美元。 l voxeljet提供的是帶有寬幅打印頭的大型系統(tǒng)，使用的粉末材料包括丙烯酸類聚合物和鑄造砂。粘結(jié)劑在室溫條件下發(fā)生反應(yīng)，但是在零部件移動(dòng)之前，粘結(jié)劑必須在粉床中經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)的固化。voxeljet系統(tǒng)擁有大型料倉(cāng)，所以與其他高分子材料“增材制造”系統(tǒng)相比較為昂貴，價(jià)格為12-140萬(wàn)歐元。 （4

33、）片材實(shí)體成型（sheet lamination） 片材實(shí)體成型是將多層材料薄片壓成一個(gè)單獨(dú)的三維實(shí)體的一種成型原理。它通過(guò)刀具或激光束將實(shí)體的外形輪廓從紙、塑料或金屬的材料薄片中切出（想象將一個(gè)杯子放在一張紙片上，沿著杯底的形狀切出輪廓），當(dāng)切片全部完成后，再將這些切片層按壓融合為一個(gè)三維實(shí)體。它主要的發(fā)展技術(shù)如下： l lom由來(lái)自美國(guó)helisys公司的michael feygin于1986年研制成功，是首個(gè)商業(yè)化的片材實(shí)體成型技術(shù)，它使用的主要是一面涂有熱熔膠的牛皮紙和一個(gè)用來(lái)連續(xù)壓層的熱壓輥。因?yàn)閘om工藝材料僅限于紙，性能一直沒(méi)有提高，以逐漸走入沒(méi)落，大部分廠家已經(jīng)或準(zhǔn)備放棄該工藝

34、。 l mcor technologies的3d打印機(jī)以標(biāo)準(zhǔn)紙張層為建造材料，該設(shè)備使用a4或信紙大小的辦公用紙，選擇性地將水溶性膠粘劑分散到紙張層，且借助鎢硬質(zhì)合金刀片在每一層中切割以形成輪廓。該技術(shù)的材料成本是業(yè)內(nèi)最低的，設(shè)備價(jià)格范圍從matrix 300+的3.64萬(wàn)美元到全彩色光圈模型的4.76萬(wàn)美元。 l fabrisonic的uam也是一種片材實(shí)體成型技術(shù)，它的工作原理是使用超聲波焊接技術(shù)將金屬薄片疊加成堅(jiān)固的金屬物體。fabrisonic提供結(jié)合了uam和全數(shù)控加工能力的soniclayer系列三個(gè)系統(tǒng)。 （5）光固化（vat photopolymerization） 光固化是使

35、用光聚合在定向區(qū)域內(nèi)固化液體光敏樹(shù)脂的一種成型技術(shù)。立體光固化成型（sl）由3d systems創(chuàng)始人charles w. hull 于1984年開(kāi)發(fā)并申請(qǐng)專利。sl使用uv激光和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制的x-y掃描鏡逐層在液體光聚合物的表面循著所打印形狀的輪廓和橫截面進(jìn)行掃描。 1986年3d systems推出商品化樣機(jī)sla-1，這是世界上第一臺(tái)快速原形系統(tǒng)。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，sl設(shè)備銷量逐漸下降，但3d systems仍生產(chǎn)該設(shè)備，其sla系統(tǒng)相對(duì)較為昂貴，價(jià)格為18.5-80萬(wàn)美元。隨后該技術(shù)的發(fā)展主要如下： l envisiontec使用dlp來(lái)固化光敏樹(shù)脂。dlp使用高分辨率的數(shù)字光處

36、理器投影儀來(lái)逐層固化液態(tài)光聚合物，從而快速精準(zhǔn)的完成模型的制造。dlp的發(fā)展帶來(lái)了高分辨率和精細(xì)化的部件。該公司的perfactory系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)透明建成區(qū)來(lái)固化光敏樹(shù)脂，且自上向下地構(gòu)建部件。根據(jù)成型速度、容量等特性的差異，envisiontec系統(tǒng)的價(jià)格區(qū)間為1.3-24萬(wàn)歐元。 l dws是一個(gè)光固化系統(tǒng)的意大利制造商。與envisiontec的perfactory相似，dws的零部件也是自上而下的構(gòu)建，但它是通過(guò)一個(gè)透明容器使用固態(tài)激光器來(lái)固化光敏樹(shù)脂。根據(jù)成型速度、容量等特性的不同，dws三個(gè)模型的價(jià)格位于1萬(wàn)歐元到30萬(wàn)歐元之間。 l lithoz的cerafab 7500使用le

37、d光源來(lái)固化陶瓷光聚合物，其最低價(jià)為22萬(wàn)歐元；asiga使用dlp 與 led技術(shù)的pico，售價(jià)為9,000美元；innovation meditech gmbh 提供了價(jià)格為24-35萬(wàn)歐元的三種“掃描led技術(shù)”系統(tǒng)；2011年rapid shape gmbh 開(kāi)始銷售led/dlp 光聚合系統(tǒng)，售價(jià)1-7萬(wàn)歐元；2012年formlabs 發(fā)布了價(jià)值3,300美元的form 1，且于2013年5月開(kāi)始出貨。 l 薄膜光固化是將帶有一層薄光聚合物的透明膜拉到整個(gè)曝光區(qū)域來(lái)接觸前層表面，接而通過(guò)這個(gè)透明膜形成一個(gè)完整層的技術(shù)。3d systems將這種技術(shù)稱為薄膜傳遞成型，且在proje

38、t 1000和1500系統(tǒng)中運(yùn)用了該技術(shù)，其定價(jià)以1.09萬(wàn)美元為基礎(chǔ)。此外，韓國(guó)公司carima也在master plus中采用這項(xiàng)技術(shù)，其價(jià)格為3.3萬(wàn)美元。 （6）粉末床熔化（powder bed fusion） 粉末床熔化技術(shù)使用熱能在粉末床表面掃描，該熱能大多源于激光或電子束，被熱能照射到的粉末材料融化并冷卻后就形成了固體形態(tài)。 一般而言，聚合物和金屬材料都適用于該技術(shù)。對(duì)于聚合物而言，如果部件周圍的粉末沒(méi)有熔化，就能夠?qū)⑵洚?dāng)作物件的內(nèi)部支撐，因而通常不需要額外的支撐結(jié)構(gòu)，也就減少了對(duì)其他支撐材料的需求。而對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，一般則需要錨來(lái)連接部件與基礎(chǔ)底板，以及支撐向下的表層。這是因

39、為金屬粉末的熔點(diǎn)較高，如果不使用錨的話，構(gòu)建室中的熱梯度升高就會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力和變形。 粉末床熔化是高溫過(guò)程，所以由熱引起的變形、應(yīng)力及失真都是所有材料潛在的問(wèn)題。激光系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品，其表面光潔度和精細(xì)度通常會(huì)比電子束系統(tǒng)生產(chǎn)的更好，且激光系統(tǒng)在某種程度上相對(duì)便宜。但電子束系統(tǒng)的運(yùn)行速度更快，同時(shí)，電子束系統(tǒng)對(duì)零部件產(chǎn)生較少的殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致更少的失真，且不需要錨和支撐結(jié)構(gòu)。 與其他技術(shù)相比，由于材料成本、聚合物粉末的回收以及惰性氣體與安全性對(duì)設(shè)備要求，粉末床熔化相對(duì)較為昂貴，特別是生產(chǎn)金屬的設(shè)備價(jià)格達(dá)到12-140萬(wàn)歐元。該技術(shù)的主要發(fā)展如下： l sls由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的c.r.

40、 dechard于1989年研制成功。多年前，3d systems 就已經(jīng)供應(yīng)選擇性激光燒結(jié)（sls）技術(shù)，目前sls系統(tǒng)的生產(chǎn)線就是spro系列產(chǎn)品，售價(jià)在35萬(wàn)美元到85萬(wàn)美元之間。 l eos也較早提供激光燒結(jié)技術(shù)，它的系統(tǒng)主要采用塑料、金屬和鑄造砂。其中，formiga p和eosint p采用塑料粉末， eosint m采用金屬粉末，eosint s則使用樹(shù)脂涂層的鑄造砂。eos系統(tǒng)價(jià)格為12.9-90.5萬(wàn)歐元，其鑄造砂系統(tǒng)則以69萬(wàn)歐元起步。 l eos將該技術(shù)稱為直接金屬激光燒結(jié)（dmls）技術(shù)，它是目前公認(rèn)的最為流行的直接金屬制造技術(shù)；slm solutions gmbh 與

41、 realizer gmbh 提供被稱為選擇性激光燒結(jié)（slm）的系統(tǒng)；phenix systems提供了四個(gè)基于粉末床熔化技術(shù)的系統(tǒng)；arcam ab采用通過(guò)高真空環(huán)境下電子束將融化的金屬粉末層層疊加的電子束熔煉（ebm）積層制造技術(shù)；日本公司matsuura提供了lumex avance-25，這是一種結(jié)合粉末床熔化技術(shù)與數(shù)控銑床的混合系統(tǒng)。 l 目前，全球還有許多其他公司提供粉末床熔化技術(shù)，包括日本的aspect及一些國(guó)內(nèi)公司如北京隆源、陜西恒通等。blueprinter是一家丹麥公司，它提供一種獨(dú)特的名叫選擇性熱燒結(jié)的粉末床熔化技術(shù)，其聚合粉末的能量來(lái)源不是激光，而是熱打印頭。目前，粉

42、末床熔化設(shè)備生產(chǎn)的零部件越來(lái)越多地被用于最終產(chǎn)品，因此，為了確保技術(shù)質(zhì)量和可重復(fù)性，許多制造商提供的設(shè)備都已經(jīng)開(kāi)始配臵技術(shù)控制功能。 （7）直接能量沉積（directed energy deposition） 在直接能量沉積技術(shù)中，由打印頭吹出粉末材料，粉末一旦遇到熱能焦點(diǎn)就會(huì)立即熔化并逐漸融合形成金屬部件。一般情況下，直接能量沉積的能量來(lái)源于激光，且所使用的原材料為金屬粉末。 直接能量沉積系統(tǒng)具有獨(dú)特的功能，它可以同時(shí)沉積一種以上的材料，能夠升級(jí)零部件的功能。同時(shí)，多數(shù)直接能量沉積系統(tǒng)使用4 軸或5軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，又或是機(jī)械臂來(lái)安裝打印頭，因此其建造過(guò)程不再限于平行面上的連續(xù)水平層。這一特點(diǎn)使得

43、該技術(shù)能夠在現(xiàn)存零部件中添加材料，比如修復(fù)磨損的零件或工具。 由于金屬材料加工、多種材料選擇、多軸運(yùn)動(dòng)以及技術(shù)控制都導(dǎo)致了直接能量沉積系統(tǒng)價(jià)格昂貴，其售價(jià)為35-150萬(wàn)美元。該技術(shù)的主要發(fā)展如下： l optomec激光工程化凈成形（lens）是一種直接能量沉積技術(shù)，該技術(shù)將金屬粉末吹入高功率激光束產(chǎn)生的熔融金屬池中。 l pom group過(guò)去生產(chǎn)的是直接金屬沉積（dmd）系統(tǒng)，但是該公司在2012年被am3d收購(gòu)，目前只出售零部件。dmd是使用二氧化碳激光器和一個(gè)同心粉末噴嘴來(lái)熔化引入熔化池粉末的一項(xiàng)直接能量沉積技術(shù)。 l accufusion提供的是一種被稱為激光整合（lc）的直接能量

44、沉積技術(shù)，但它幾乎沒(méi)有獲得商業(yè)上的成功。目前，加拿大國(guó)家研究委員會(huì)（national research council of canada）仍然在研究開(kāi)發(fā)lc技術(shù)。 l honeywell aerospace提供了一種名叫離子融合成型的生產(chǎn)金屬部件的非激光方法。該技術(shù)采用等離子焊槍來(lái)熔化電線或粉末原料，且使得金屬在熱氬氣離子作用下被驅(qū)使到工件上。為了生產(chǎn)金屬零部件，等離子流還生成了一個(gè)熔融材料池。 l sciaky inc.提供的是一種稱作直接制造（dm）的直接能量沉積技術(shù)。直接制造的能量源是電子束，它的材料引入則由送絲（wire feed）代替粉末沉積頭。直接制造電子束焊接系統(tǒng)運(yùn)行速度快，但

45、是由它生產(chǎn)出的零部件的表面非常粗糙，生成后仍然需要廣泛的精加工。 三、商業(yè)篇 1、設(shè)備、材料、服務(wù)、平臺(tái)構(gòu)成主要商業(yè)環(huán)節(jié) 增材制造的產(chǎn)業(yè)鏈體系龐雜，主要商業(yè)環(huán)節(jié)包括設(shè)備、材料、服務(wù)和平臺(tái)。 實(shí)際商業(yè)模式多有交叉，多元化解決方案提供商既提供設(shè)備，也供應(yīng)自己研發(fā)的材料或第三方材料，部分還直接提供零件制造加工服務(wù)；部分服務(wù)商具備某種材料的專利；也有許多小型專業(yè)材料提供商、或者專業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)商與設(shè)備商聯(lián)合開(kāi)發(fā)相應(yīng)技術(shù)。2、全球雙寡頭格局初現(xiàn) 在美國(guó)活躍的資本市場(chǎng)環(huán)境中，材料擠出技術(shù)（fdm）的發(fā)明者stratasys與光固化技術(shù)（sl）的發(fā)明者3d systems牢牢把握住了商業(yè)化先機(jī)，通過(guò)成功的資本

46、運(yùn)作，兩家公司已經(jīng)成為業(yè)界龍頭。 從全球銷售收入看，2012年3d systems和stratasys銷售收入旗鼓相當(dāng)，均貢獻(xiàn)了當(dāng)年全球增材制造市場(chǎng)22億美元的約16%，且遠(yuǎn)超其他公司。 兩家公司也擁有最廣泛的客戶群體，累計(jì)銷售臺(tái)量合計(jì)超過(guò)75%。（objet和solidscape都已被stratasys收購(gòu)）資本運(yùn)作也是兩家公司獲得技術(shù)多元化的重要手段。3d systems 是涵蓋技術(shù)最廣的公司，通過(guò)多次收購(gòu)，涵蓋了除直接能量沉積以外的所有五種主流技術(shù)大類。stratasys 則以簡(jiǎn)單易用的fdm（熔融沉積）聞名于世，并通過(guò)兩次并購(gòu)獲得精細(xì)度更有優(yōu)勢(shì)的材料噴射技術(shù)。除了技術(shù)多元化，3d sy

47、stems 還通過(guò)并購(gòu)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈上的拓展和延伸。2009 年8 月到2013 年5月，3d systems 篩選并收購(gòu)了33 家公司，這些公司涵蓋設(shè)備制造、材料商、設(shè)計(jì)服務(wù)、制造服務(wù)、軟件開(kāi)發(fā)、掃描檢測(cè)等各種領(lǐng)域。外延式增長(zhǎng)幫助3d systems 連續(xù)兩年在財(cái)富雜志增長(zhǎng)最快的科技類公司中排名第二。 但3d systems 公司的全覆蓋模式是否具有協(xié)同效應(yīng)仍有待觀察，畢竟小型公司在快速變化的市場(chǎng)中往往具有更好的靈活性和市場(chǎng)嗅覺(jué)，而且，設(shè)備商對(duì)下游延伸也將影響到購(gòu)買3d systems 設(shè)備的客戶的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。3、專業(yè)型公司及創(chuàng)業(yè)機(jī)會(huì)仍十分豐富 兩家綜合性龍頭公司以外，專注于細(xì)分領(lǐng)域的公司也有形成

48、相當(dāng)規(guī)模的，如德國(guó)eos和德國(guó)envisiontec收入估計(jì)超1億美元。其他企業(yè)規(guī)模偏小，我們粗略估計(jì)收入1000萬(wàn)美元以上的公司超過(guò)10家，500萬(wàn)美元以上的超過(guò)20家；更有數(shù)以百計(jì)的小型初創(chuàng)公司分布在各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。 歐洲企業(yè)較美國(guó)企業(yè)似乎更專注于在專業(yè)領(lǐng)域的深耕細(xì)作，以下三家都是德國(guó)企業(yè)，業(yè)界口碑頗佳。 l eos公司2012年實(shí)現(xiàn)1億歐元銷售收入。公司是專注于激光燒結(jié)技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，2012年出售了145臺(tái)設(shè)備，占粉末床熔化全球銷量比例近50%，也是該領(lǐng)域唯一銷售超過(guò)50臺(tái)的公司。eos主要為航空航天、醫(yī)療和汽車行業(yè)提供高端精密零部件。ge航空用eos設(shè)備直接生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴

49、零件的計(jì)劃將進(jìn)一步提振高端用戶對(duì)eos設(shè)備的需求。eos于13年9月在上海成立了中國(guó)總部及技術(shù)中心，計(jì)劃在未來(lái)18個(gè)月將中國(guó)eos設(shè)備保有量增加一倍。粉末床熔化也是未來(lái)直接打印終端零件的最具前景的技術(shù)。 l envisiontec技術(shù)獨(dú)特，結(jié)合了光固化技術(shù)和dlp（數(shù)字光投影）技術(shù)，在助聽(tīng)器市場(chǎng)占有率超過(guò)60%，在珠寶3d打印市場(chǎng)占有率超50%。 exone以粘結(jié)劑噴射為核心技術(shù)，以制造高速、大型鑄造砂型設(shè)備3dp的代表公司。公司專注于技術(shù)難度高的金屬打印，其生產(chǎn)的設(shè)備價(jià)格高達(dá)百萬(wàn)美元，一般銷量不大，2012年銷售13臺(tái)。2013年2月，exone登陸納斯達(dá)克。 4、服務(wù)商：工藝亦能創(chuàng)造價(jià)值，

50、是目前中國(guó)最容易快速發(fā)展的環(huán)節(jié) 服務(wù)商通過(guò)購(gòu)買設(shè)備和材料，為需求方制造出最終產(chǎn)品。部分設(shè)備商會(huì)對(duì)外提供成品制造服務(wù)，部分服務(wù)商有為某種特定工藝而自己研發(fā)材料的能力。 增材制造中的成品制造服務(wù)，并非代加工這么簡(jiǎn)單。服務(wù)商既需要十分了解設(shè)備和材料特性，同時(shí)也要對(duì)需求方的要求有透徹理解。為達(dá)要求，服務(wù)商有時(shí)需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建模軟件、材料等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。這樣的工藝經(jīng)驗(yàn)亦具有商業(yè)價(jià)值，令服務(wù)商成為設(shè)備提供商和用戶之間的紐帶。 典型的服務(wù)商如morris tech.，其在航空復(fù)雜零件領(lǐng)域的出色經(jīng)驗(yàn)，在為ge 航空成功解決了復(fù)雜零件生產(chǎn)之后，被ge航空收購(gòu)。 成品制造服務(wù)將是中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)鏈上最易快速

51、發(fā)展的環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)增材制造應(yīng)用滲透率與歐美相比差距顯著，很重要的原因是，終端制造企業(yè)不熟悉增材制造的工藝，又不愿意花費(fèi)高額資金投資設(shè)備。這為服務(wù)商提供了極大的市場(chǎng)機(jī)遇。 在設(shè)備、材料等環(huán)節(jié)與國(guó)際水平技術(shù)差距較大的情況下，服務(wù)環(huán)節(jié)對(duì)基礎(chǔ)性研究?jī)?chǔ)備要求低，進(jìn)入壁壘低，所需要的是對(duì)用戶需求的發(fā)掘，這些符合本土企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。外資設(shè)備企業(yè)也希望利用國(guó)內(nèi)本土服務(wù)商的渠道來(lái)推廣其設(shè)備和工藝，提升增材制造在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的滲透率。服務(wù)商將擔(dān)任國(guó)內(nèi)增材制造市場(chǎng)培育者、推動(dòng)者的重要角色。 部分上市公司介入3d打印產(chǎn)業(yè)的入口便選擇了服務(wù)環(huán)節(jié)，包括銀邦股份、光韻達(dá)等。 5、平臺(tái)商：利用互聯(lián)網(wǎng)，開(kāi)創(chuàng)云制造+創(chuàng)客時(shí)代 傳統(tǒng)

52、的制造大都是在工廠批量完成，而3d打印設(shè)備的誕生令分散制造、個(gè)性化制造、云制造成為可能。 平臺(tái)商所承擔(dān)的角色是誰(shuí)對(duì)接分散的創(chuàng)作方、消費(fèi)者和制造商：創(chuàng)作方提供物品內(nèi)容和設(shè)計(jì)，消費(fèi)者從3d物品內(nèi)容庫(kù)中訂購(gòu)部件，而制造商則負(fù)責(zé)生產(chǎn)這一嶄新的商業(yè)模式讓設(shè)計(jì)師輕松轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)業(yè)者，在扁平的互聯(lián)網(wǎng)上迅速被追求個(gè)性化的長(zhǎng)尾消費(fèi)者找到。 目前市場(chǎng)上典型的平臺(tái)商有shapeways、i.materialise 和ponoko 等。以shapeways 為例介紹其商業(yè)模式：公司設(shè)立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)供創(chuàng)作者和消費(fèi)者交易3d 制品，同時(shí)外購(gòu)3d 打印設(shè)備和材料，提供生產(chǎn)服務(wù)，并且在3d 打印設(shè)計(jì)工具方面為創(chuàng)作者提供技術(shù)支持。 s

53、hapeways 對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)師上傳的設(shè)計(jì)設(shè)臵生產(chǎn)成本價(jià)，允許設(shè)計(jì)師加價(jià)銷售，加價(jià)部分3.5%的提成歸屬shapeways，消費(fèi)者付費(fèi)下載設(shè)計(jì)或者訂購(gòu)由shapeways 負(fù)責(zé)打印和物流的成品后，shapeways 與設(shè)計(jì)師分成。 截止2012 年，shapeways 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)如下規(guī)模： 累計(jì)銷售一百萬(wàn)件3d打印制品，其中2012 年銷售25 萬(wàn)件 每周有10000 個(gè)新設(shè)計(jì)上傳到網(wǎng)站 網(wǎng)站店鋪超過(guò)8000 家，2012 年共掙得50 萬(wàn)美金（2011 年27 萬(wàn)美元） 會(huì)員人數(shù)從2011 年的10 萬(wàn)達(dá)到20 萬(wàn)，遍布130 個(gè)國(guó)家 擁有兩個(gè)工廠，每天每個(gè)廠可打印1000 件制品 提供超過(guò)30

54、 種可選材料 shapeways 努力保持自己擁有最先進(jìn)的3d 打印設(shè)備和技術(shù)，并將繼續(xù)擴(kuò)充設(shè)備量以滿足快速增長(zhǎng)的制造需求。公司在2010 年、2011 年、2013 年的三輪融資中分別取得高達(dá)600 萬(wàn)美元、620 萬(wàn)美元和3000 萬(wàn)美元融資額。 四、應(yīng)用篇 1、總述 2012 年，消費(fèi)類產(chǎn)品及消費(fèi)電子是最重要的行業(yè)應(yīng)用，占比約22%，其他依次是交運(yùn)設(shè)備、醫(yī)療牙科、工業(yè)設(shè)備、航空航天等。在應(yīng)用方式上，目前直接零件制造占比28%，其他大量的應(yīng)用為測(cè)試、展示、模具等。2、消費(fèi)類產(chǎn)品目前應(yīng)用3d打印最多 3d 打印技術(shù)目前約有40%都應(yīng)用在消費(fèi)品、電子、汽車等領(lǐng)域，應(yīng)用方式主要為設(shè)計(jì)原型制造及生

55、產(chǎn)過(guò)程中的模具加工。應(yīng)用3d打印技術(shù)能大幅縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低試制與試驗(yàn)成本，進(jìn)而快速發(fā)布新產(chǎn)品以應(yīng)對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)產(chǎn)品生命周期縮短、更新速度加快帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。目前，全球已有多家汽車制造商正在運(yùn)用3d 打印技術(shù)，如福特汽車借用3d 打印技術(shù)制造了從通風(fēng)口到缸蓋的所有原型；通用汽車已經(jīng)用3d打印技術(shù)打印出超過(guò)20000 個(gè)應(yīng)用于測(cè)試的零部件和模具；現(xiàn)代、寶馬等汽車廠家也已將3d打印技術(shù)應(yīng)用于新車研發(fā)過(guò)程當(dāng)中。 由于汽車行業(yè)在產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)具有標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，3d 打印技術(shù)在直接零部件制造方面尚無(wú)法滿足加工速度和經(jīng)濟(jì)性要求，故短期內(nèi)很難取代傳統(tǒng)的制造模式。但在一些個(gè)性化的小眾市場(chǎng)，3d 打印直

56、接加工的產(chǎn)品仍擁有一定的受眾群，如local motors 能讓顧客參與設(shè)計(jì)制造汽車的商業(yè)模式。3、航空航天突破顯著，已實(shí)現(xiàn)零件直接批量制造 近年來(lái)，3d 打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用比例呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，主要應(yīng)用包括：無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)件加工（如stratasys 和optomec 合作為無(wú)人機(jī)制作“智能翼”結(jié)構(gòu)），環(huán)境控制系統(tǒng)（esc）的管道、無(wú)人機(jī)外殼、電箱、支架等零部件的直接制造。 3d 打印技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)低成本快速成型，且適合復(fù)雜部件的加工以及原材料利用率高，與航空航天設(shè)備的主要特點(diǎn)相適應(yīng)，故航空航天設(shè)備制造逐漸成為3d 打印最具有前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。波音公司（boeing）是全球第一個(gè)

57、將3d 打印技術(shù)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造的國(guó)際航空制造企業(yè)，除此之外，全球飛機(jī)儀表的最大制造商kmc 也以3d 打印取代了傳統(tǒng)鑄造方式為其m3500 儀表提供零部件。ge 航空2012 年收購(gòu)了專門開(kāi)發(fā)激光燒結(jié)金屬粉末技術(shù)的morris technologies 公司，計(jì)劃在2014 年開(kāi)始運(yùn)用金屬打印技術(shù)為其下一代leap 發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)噴油器與風(fēng)扇葉片前緣。 2013 年8 月，美國(guó)國(guó)家航空航天局（nasa）使用3d 打印技術(shù)制造火箭噴射器部件，并成功地完成了對(duì)零部件的測(cè)試，據(jù)悉該部件可承受1,400 磅每平方英尺的壓力并可耐6,000 華氏度的高溫（圖20）。此外，nasa 正在使用3d打印機(jī)生產(chǎn)航天器的引擎部件，并計(jì)劃將打印設(shè)備發(fā)射到國(guó)際空間站，以期宇航員能夠自給自足， 利用空間站上的原材料直接生產(chǎn)所需品，改變完全依賴地面供給的補(bǔ)給模式。4、醫(yī)療生物：3d打印大有可為 近些年來(lái)，3d 打印在醫(yī)療行業(yè)的使用比例持續(xù)增長(zhǎng)，且產(chǎn)品也逐漸獲得了監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。這主要因?yàn)獒t(yī)療行業(yè)（尤其是修復(fù)性醫(yī)學(xué)領(lǐng)域）個(gè)性定制化需求顯著， 鮮有標(biāo)準(zhǔn)的量化生產(chǎn)，而這恰是3d打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。目前，3d打印在醫(yī)療生物行