3D打印行業(yè)調(diào)研報(bào)告

1、盤固集團(tuán)松海發(fā)展部3 打印行業(yè)調(diào)研報(bào)告目錄一、3打印介紹二、3打印機(jī)工作原理和打印技術(shù)工作原理3打印技術(shù)3三、3打印機(jī)優(yōu)勢(shì)及其用途四、3打印機(jī)市場(chǎng)五、3打印機(jī)生產(chǎn)廠商六、3打印行業(yè)存在的問題可供選擇的耗材過少，打印產(chǎn)品用途單一成本居高不下效率低下，打印時(shí)間過長(zhǎng) HYPERLINK l _TOC_250001 七、3打印行業(yè)主要商業(yè)模式 HYPERLINK l _TOC_250000 八、總結(jié)101 / 10噺固集團(tuán)投游發(fā)展部摘要:本小組經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)調(diào)研、實(shí)地調(diào)查等方式關(guān)于 3 3 打印機(jī)基本情況、工作原理、打印技術(shù)、產(chǎn)品用途、市場(chǎng) 前3 打印機(jī)廠商、行業(yè)瓶頸、主要商業(yè)模式等內(nèi)容。、3 打印介紹3

2、打印又稱快速成形技術(shù)。誕生于 20 80 年代后期，是鑒于材料堆積法的 一種高新制造技術(shù)，它集機(jī)械工程、CA 科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以直接將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)原型。 基本原理是“分 層制造，逐層疊加”。、3 打印機(jī)工作原理和打印技術(shù)工作原理3打印機(jī)可以根據(jù)零件的形狀，每次制作一個(gè)具有一定微小厚度和特定形狀的 截面，然后再把他們逐層的“粘”起來。當(dāng)然整個(gè)進(jìn)程是在電腦控制下，由3打印機(jī)系統(tǒng)完成的。不同公司制造的 3打印機(jī)所用 的成型材料一般不同，系統(tǒng)的工作 原也有所區(qū)別，但其基本原理都是一樣的，也就是前面所說的“分層制造，逐層 疊加”。3打印機(jī)工作的進(jìn)程可以打一個(gè)形象的比喻：例如要制作一個(gè)塑料材

3、質(zhì)的 蘋果，首先們需要的就是在電腦上做出一個(gè) 3的蘋果模型文件，然后在打印機(jī)里 面放入原料材2 / 101-1杭州銘展生產(chǎn)的桌面級(jí)3打印機(jī)圖1-2杭州銘展桌面級(jí)3打印機(jī)打印的模型囁盤固集團(tuán)投游發(fā)展部質(zhì)，接著就可以開始打印了。打印系統(tǒng)在控制的時(shí)候會(huì)從這個(gè)蘋果3模型底部開始切成很多片，也就是上面說到的截面，一般最先開始制作的是底面的那一層，這時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制激光器在這一層截面的范圍燒結(jié)原料（或擠出原料，這 根據(jù)打印機(jī)的不同而有所差別），這一層做好就做上一層，直到整個(gè)蘋果被“打印” 出來。3打印技術(shù)80 3 較成熟的有“立體光固化成型法”、“選擇性激光燒結(jié)法”、“分層實(shí)體制造法” 等。立體光固化成型法

4、（SLA用特定的激光聚焦到光固化材料的表面，使之由點(diǎn)到線再由線到面順序凝固， 完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè)，這樣層層堆疊構(gòu)成一個(gè)三維的實(shí)體。該技術(shù)是最早實(shí)用 化的快速成型技術(shù)，一般采用的原料為液態(tài)光敏樹脂。這項(xiàng)技術(shù)主要用于制造多種 模具、模型等。該技術(shù)成形速度快，精度較高，但是由于樹脂固化進(jìn)程中產(chǎn)生收縮， 不可避免地會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料 是其發(fā)展趨勢(shì)。優(yōu)勢(shì)：該技術(shù)是最早出現(xiàn)的快速成形制造工藝，成熟度高，經(jīng)過時(shí)間的試驗(yàn)。 加工速度快，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，無需切削工具或模具缺陷：造價(jià)昂貴，維持成本過高，該系統(tǒng)是要關(guān)于液體進(jìn)行操作的精密設(shè)備，關(guān)于 工作環(huán)境要求高。產(chǎn)品

5、多為樹脂類，強(qiáng)度，耐熱性有限，不利于長(zhǎng)期保存。軟件系 統(tǒng)操作復(fù)雜，入門門檻較高?？偨Y(jié)：立體光固化成形法的發(fā)展趨勢(shì)是高速化，節(jié)能環(huán)保與微型化。選擇性激光燒結(jié)（SLS該技術(shù)最早由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校提出，1992 TM 公司推出該 技術(shù)的商業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，幾十年來奧斯汀分校和 TMI 公司在SLS 領(lǐng)域做了大量的研 究工EOS 公司在這一領(lǐng)域也做了很多研究工作，并且開發(fā)了相應(yīng)的 系列成型設(shè)備。國(guó)內(nèi)也有多家單位進(jìn)行 SLS 學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中北大學(xué)等。選擇性激光燒結(jié)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并且使燒結(jié)成型的固化 層層層疊加生成所需形狀的零件。整個(gè)工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時(shí)粉

6、 末缸活塞上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的 切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一 個(gè)層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉?？刂萍す? / 10盤固集團(tuán)投資發(fā)展部束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)，直到三維零件成型。SLS燒結(jié)成型零件，關(guān)于用傳統(tǒng)切削加工方法難以制造出的高強(qiáng)度零件，關(guān)于快速成型 技術(shù)更廣泛的應(yīng)用具有特別重要的意義。據(jù)研究人員介紹，該技術(shù)今后的發(fā)展方向 應(yīng)該是單元體系金屬零件燒結(jié)，多元合金材料零件的燒結(jié)成型等。分層實(shí)體制造法（LOMLOM 又稱層疊成形，它以片材為原材料，激光切割系統(tǒng)依照計(jì)算機(jī)提取的

7、橫截 面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱溶膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓，切割完一層 后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然 后再進(jìn)行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。金屬箔，塑料膜，陶瓷膜等。LOM 常用材料是紙,LOM 的技術(shù)特點(diǎn)是工作可靠，成本低。缺陷是不能制造中空構(gòu)建。成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙。主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型等。三、3 打印機(jī)優(yōu)勢(shì)及其用途3打印行業(yè)最早應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，適用的制造領(lǐng)域范圍 不斷大。近些年來，市場(chǎng)規(guī)模保持著較快的增速。從3打印現(xiàn)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和自身局限，以及未來的發(fā)展方向來看，這一技術(shù)在醫(yī)療、

8、航空航天、消費(fèi) 電子和汽車行業(yè)的發(fā)展前景較為廣闊?，F(xiàn)階段，除了醫(yī)療領(lǐng)域之外，3 打印技 術(shù)關(guān)于其他行業(yè)的貢獻(xiàn)主要集中在 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具開發(fā) 兩個(gè)方面，隨著技術(shù)的不 斷完備，這一技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)向行業(yè)的其他環(huán)節(jié)滲透。同時(shí)，隨著 創(chuàng)客”潮流的風(fēng)靡，近些年來，3 打印設(shè)備在個(gè)人消費(fèi)市場(chǎng)的 需求急速膨脹。由于個(gè)人制造沒有傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的約束，我們判斷，未來 仍將保持相關(guān)于較快的發(fā)展速度，存在巨大的市場(chǎng)潛在需求。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，3 打印已經(jīng)逐步應(yīng)用于制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。從近 10 3打印設(shè)備下游應(yīng)用行業(yè)的分布來看，個(gè)人消費(fèi)品（以電子行業(yè)為主） 和交通運(yùn)輸設(shè)備占據(jù)主要份額；同時(shí)，醫(yī)療方面的占比在持續(xù)提升

9、。而印設(shè)備在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也穩(wěn)中有升。3 打從具體用途來看，3 打印技術(shù)的應(yīng)用主要集中在 模具、工具加工（主要是 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的樣件制造）和功能性設(shè)計(jì)模型上 。同時(shí)，近些年來，使用 3 打4 / 10盤固集團(tuán)投海發(fā)展部印設(shè)備進(jìn)行直接部件制造的比例，從最初的簡(jiǎn)直為零，開始逐漸躍升。3 打印最突出的優(yōu)點(diǎn)是無需模具就能夠成型，也不需要機(jī)械加工，就能直 接從設(shè)計(jì)好的三維圖形數(shù)據(jù)中打印出任何形狀的物體。而傳統(tǒng)的制造工藝最核 心的一個(gè)環(huán)節(jié)就是要建模，很多高端產(chǎn)品能夠設(shè)計(jì)出來，最大的困難是生產(chǎn)不 出來。因此，3 打印意義的核心一是傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不能生產(chǎn)制造的個(gè)性化、復(fù) 雜高難度產(chǎn)品，經(jīng)過 3 打印技術(shù)都能夠

10、直接制造；二是雖然傳統(tǒng)方式能夠生 產(chǎn)制造，但投入成本太大，周期太長(zhǎng)，經(jīng)過3 打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快捷、方便、 縮短周期、降低成本的目的。四、3打印機(jī)市場(chǎng)1987年3 system公司使用立體平面印刷技術(shù)（SL）成功研發(fā)了第一臺(tái)商 用3 打印設(shè)備SLA-1。二十多年以來，3打印產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模一直保持著較 高的增速。亞制造業(yè)協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官羅軍介紹說，2011年全球3打印市場(chǎng)規(guī)模在13億美元，中國(guó)囊括設(shè)備、耗材和服務(wù)在內(nèi)，為3億元人民幣左右。WohlersAssociates的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，1993-201117.6%。20122025%-30%2019年， 65億美元。這里統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)值范圍僅囊括 3 打印

11、設(shè)備，3 打印材料，以及外包的打印 服務(wù)，即3設(shè)備制作的最終零部件。如果加上衍生市場(chǎng)的收入：囊括3打印圖3-1ABS工程塑料打印的復(fù)雜曲面模型圖3-2ABS工程塑料耗材設(shè)備制造的中間產(chǎn)品，如模具；以及其他的服務(wù)，CA模型設(shè)計(jì)，設(shè)備使用教5 / 10盤固集團(tuán)投資發(fā)展部學(xué)等，2011 年已接近 30 億的市場(chǎng)規(guī)模。根據(jù)我們關(guān)于國(guó)內(nèi)幾家3打印機(jī)公司的實(shí)地調(diào)查，國(guó)內(nèi)3打印機(jī)市場(chǎng)規(guī)模 有限。據(jù)上海福斐科技董事長(zhǎng)助理張樂奎介紹， 2012年國(guó)內(nèi)3打印機(jī)市場(chǎng)規(guī) 模在10億元右，該公司經(jīng)過代理國(guó)外3打印機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)年 銷售額1億元左 右，并且且張樂奎估量業(yè)級(jí)別 3打印機(jī)市場(chǎng)規(guī)模在最近幾年只會(huì)緩慢平穩(wěn)增 長(zhǎng)。另一

12、家位于杭州的銘展網(wǎng)絡(luò)科技公司市場(chǎng)人員張經(jīng)理介紹，該公司自201111 3 3 打印機(jī)廠商雖然不多，但 競(jìng)爭(zhēng)也十分激烈，主要還是 因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模有限。五、3打印機(jī)生產(chǎn)廠商根據(jù)我們的調(diào)查，國(guó)內(nèi)外均有公司進(jìn)行 3 打印機(jī)的生產(chǎn)。但國(guó)外廠商生產(chǎn)的3 打印機(jī)主要偏向于 工業(yè)級(jí)別，而國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的 3 打印機(jī)主要偏向于 桌面級(jí)別3 打印機(jī)主要生產(chǎn)商集中在美國(guó)，3 國(guó)際上比較著名的公司有：3SystemsObjet、Z-crop、Makerbot、Sratasys3 打印機(jī)可以使用的耗材、加工尺寸、加工精度、加工速度等均 優(yōu)于國(guó)內(nèi)3 3 ABS 工程塑料。3 3 打印機(jī)，大多數(shù)生產(chǎn)廠商購(gòu)買國(guó)外 3 打

13、印機(jī)部件在國(guó)內(nèi)進(jìn)行組裝，仿制國(guó)外的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在精度控制、耗材選擇 等方面與國(guó)外產(chǎn)品仍然有很大的差距。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品使用的主要耗材為 ABS 工程塑 料，而國(guó)外產(chǎn)100 m 級(jí)別，而國(guó)25 m 3 1 m 左右，超精密0.01 m 左右）但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)在于成本較低關(guān)于于精度要求不高， 只需要進(jìn)行產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、產(chǎn)品模具驗(yàn)證等需求能夠得到基本 滿足。6 / 10盤固集團(tuán)投游發(fā)展部圖5-1光敏樹脂材料打印的模型圖5-2金屬材料打印的模型六、3打印行業(yè)存在的問題根據(jù)我們關(guān)于 3 打印機(jī)行業(yè)的調(diào)查，該行業(yè)主要存在的幾大問題如下：可供選擇的耗材過少，打印產(chǎn)品用途單一目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于于3打印的熱捧導(dǎo)致某些報(bào)

14、道有點(diǎn)玄乎，比如能直接打印汽車、 印腎臟云云。實(shí)際上，根據(jù)我們的調(diào)查，可供3打印機(jī)使用的耗材有相當(dāng)?shù)木窒扌裕壳皟H僅可以使用 ABS 工程塑料、光敏樹脂、石膏粉、金屬等材料。美國(guó)、加拿大公司聯(lián)合研制的所謂“ 3 打印車” Urbee 已問世一年有余。它是 一種兩人乘坐的三輪混合動(dòng)力車，其主要?jiǎng)恿殡娏Γo以燃料乙醇，目標(biāo)是成為 最綠色的汽車?？上襟w報(bào)道時(shí)通常偏離其環(huán)保目標(biāo)，而稱它為“第一輛完全經(jīng)過 3 打印制造的車”。真是這樣嗎？事實(shí)是現(xiàn)在仍無法僅經(jīng)過 3 打印的方式制造汽 車?yán)锏年P(guān)鍵部件，比如電機(jī)。這輛車全身上下 唯一用3打印來制造的部分只有外 殼而已。Urbee隊(duì)本想用玻璃鋼制造車外殼，

15、但在關(guān)于比后選擇了FM 3打印技術(shù)。最終，他們 經(jīng)過2500小時(shí)打印，得到50個(gè)零件并且組裝出了 Urbee的外殼。由此可見，3 打印并且不意味著將車的設(shè)計(jì)文件輸入機(jī)器， 就能夠無中生有造出 一臺(tái)功能完整的車。就連寶馬、現(xiàn)代等傳統(tǒng)車商，迄今也剛剛做到用 FM 3 打印 技術(shù)加速開發(fā)新型方向盤和儀表面板?，F(xiàn)在可見，想用 3 打印作為生產(chǎn)方式來取代大規(guī)模生產(chǎn)不太可能。且不說 3 打印技術(shù)目前尚且不具備直接生產(chǎn)像汽車這樣復(fù)雜的混合材料產(chǎn)品，即使該技術(shù)在 未來取得長(zhǎng)足進(jìn)步，完全打印一輛車只怕要耗時(shí)好幾個(gè)月，在成本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大規(guī) 模生產(chǎn)車時(shí)均攤到每輛車上的成本。所以，關(guān)于于生產(chǎn)有大量剛性需求的產(chǎn)品來說，

16、 具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的大規(guī)模生產(chǎn)仍比重點(diǎn)放在個(gè)性化、可定制的越發(fā)經(jīng)濟(jì)。3 打印生產(chǎn)方式不過，也正因?yàn)檫@個(gè)原因，在某些生產(chǎn)規(guī)模無法達(dá)到“汽車”規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的 領(lǐng)7 / 10盤固集團(tuán)投資發(fā)展部域，3打印正逐漸成為主力生產(chǎn)方式之一。 飛機(jī)工業(yè)就是一個(gè)典范。由于飛機(jī)產(chǎn) 量小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用傳統(tǒng)制造方式成本高昂，浪費(fèi)原料，周期很長(zhǎng)。因此，波音 公司正助3打印生產(chǎn)某些零件，并且已裝配到美國(guó)空軍現(xiàn)役戰(zhàn)機(jī)上；中國(guó)西北工 業(yè)大學(xué)正嘗試用“電子束熱熔”技術(shù)制造飛機(jī)用鈦合金零件；2012年度中國(guó)國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目正是“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”。在需要高度定制化的某些醫(yī)療領(lǐng)域，3 3 月初，一 位

17、3 打印技術(shù)及計(jì)算機(jī)斷層掃描/料”公司的生物兼容塑料替換了自己 75%的受損顱骨。無獨(dú)有偶，美國(guó)男孩盧克因膀胱頻繁滲尿，導(dǎo)致腎功能受損。美國(guó)威克森林再 生醫(yī)學(xué)研究所曾用 3 打印技術(shù)為盧克定制了膀胱模子，并且使其自身細(xì)胞在模子內(nèi) 發(fā)育成可發(fā)揮膀胱功能的器官。這個(gè)人造器官讓盧克避免了終生依賴透析的命運(yùn)。 但這種打印技術(shù)目前還無法治成有實(shí)用價(jià)值的腎臟等結(jié)構(gòu)、功能更復(fù)雜的器官，此前媒體盛傳的 3 打印腎臟還深藏在實(shí)驗(yàn)室中，不能植入人體 。目前，威克森林研 究所正嘗試?yán)脟娔蛴C(jī)原理，用細(xì)胞替代墨水，直接打印制造人體組織和器官。此外，3 打印技術(shù)還可用于博物館展品復(fù)制、個(gè)性化玩具及首飾定制等等需要

18、精確仿造或異想天開的設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。成本居咼不下3 打印機(jī)價(jià)格便宜，在幾千至幾萬元不等，但是受成本和耗 材的百萬元人民幣，成本居高不下，使得很多企業(yè)不敢嘗試。效率低下，打印時(shí)間過長(zhǎng)3 3 打印機(jī)進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)的 時(shí)間成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的制造工藝， 因?yàn)槠湫嗜匀惶幱谳^低的水平。Urbee 3 打印機(jī)打印，但整個(gè)打印時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 2500 小時(shí)，可見，3 打印機(jī)的效率問題仍然是其發(fā)展的一個(gè)瓶頸。七、3打印行業(yè)主要商業(yè)模式3 打印市場(chǎng)在國(guó)內(nèi)主要有 3 種商業(yè)模式，第一是設(shè)備銷售，囊括國(guó)外設(shè)備代理 和國(guó)內(nèi)廠商自己生產(chǎn)，第二是提供 3 打印服務(wù)，囊括模型設(shè)計(jì)、3 照相等服務(wù)， 第三是3 打印機(jī)配套耗材的生產(chǎn)。

19、設(shè)備銷售8 / 10囁盤固集團(tuán)投游發(fā)展部關(guān)于于采用設(shè)備銷售的模式，國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的 3 打印機(jī)均為桌面級(jí)別，實(shí)用性不大3 打印服務(wù)33打印機(jī)設(shè)備成本過高，且一般企業(yè) 使用率不高，因此，很多生產(chǎn)企業(yè)在需要進(jìn)行制造新產(chǎn)品模具時(shí)，越發(fā) 偏向于選擇3打印代理服務(wù)，因此，成立專門的機(jī)構(gòu)提供該項(xiàng)服務(wù)具有一定 市場(chǎng)會(huì)存在需要簽署保密協(xié)議的問題。耗材生產(chǎn)3打印最具局限性的地方要屬于其耗材，3打印機(jī)能使用的耗材有限，并且且， 大部分耗材的生產(chǎn)技術(shù)都掌握在國(guó)外生產(chǎn)者的手中。例如，掌握核心3 打印機(jī)技術(shù)的Objet公司，目前已經(jīng)研究出14種基本材料，并且在此基礎(chǔ)上混搭出107種材料，國(guó)外，兩種材料的混搭使用、上色也已經(jīng)是現(xiàn)實(shí)。3 4 2000 多元每公斤。最便 宜的ABS 工程塑料耗材也要幾百元每公斤。3 機(jī)配套的耗材，第三方公司生產(chǎn)的耗材很難與打印機(jī)匹配。這讓材料生產(chǎn)商很 難進(jìn)入，研發(fā)成本和供貨風(fēng)險(xiǎn)都很大。目前僅有極少數(shù)公