3D打印行业研究报告.docx

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3D打印行业研究报告

2013年3D打印行业

研究报告

主要观点

1、3D打印技术的革新将对制造业产生颠覆作用，但从时间来看，五年一个明显跨度，十年间将改变世界制造业的格局。

现阶段，3D打印正在向制造业渗透之中，但不必担忧3D打印对于制造业带来的冲击，相反恰恰是对制造业升级会起到促进作用。

2、3D打印在国外市场已初具规模，国内处于导入期，技术是一个优化升级的过程，应用面会随着整体技术的推进而不断扩展，不仅仅限于目前的认识，市场增速将呈现一个递进的过程。

3、目前3D打印的技术在某种意义上讲已接近成熟。

无论是制造大型设备，还是定制微型的、植入式医疗设备，3D打印技术已经通过众多的实际应用证明了其可行性和无限的应用前景。

4、现在3D打印在制造业更多地还是停留在“样品”阶段，这是因为可用于3D打印的材料还不够丰富。

目前只有60多种材料可以运用到3D打印中，当这个数字不断壮大时，3D打印对制造业来说就不只是“打印样品”这么简单了。

5、3D打印核心技术在于打印装备喷嘴技术，功能性材料及三位数据模型构建。

产业链中除了核心设备环节，上游材料和下游应用服务类公司都值得投资。

6、未来3-5年，3D打印会走进千家万户。

一方面，3D设计软件将越来越易于操作，软件成本会进一步降低；另一方面，可用于打印的材料也将越来越丰富。

今后，个人消费者可以轻松地在自己的电脑、Pad和手机上设计产品，比如孩子自己设计的玩具、定制化的装饰品等，然后通过3D打印服务提供商将这些设计变成实物，就像我们今天打印照片一样简单。

7、未来3D打印机就像智能手机一样，高端机型行业集中度会较高，民用领域山寨货会盛行。

8、数据采集模型设计类公司会增多，走综合型和专业型路线的都有。

9、基于3D打印技术的个人创业公司会成为一个很大的群体，就像开淘宝店一样，非常适合天使投资。

10、3D打印前期的应用市场主要是个性化的消费品、机动车、文化创意，而医学、商用机器设备、航天、军事等领域要求较高，相对是个小众市场。

11、国内3D打印技术主要源于高校，中上游环节企业数量有限，下游销售服务类公司较多。

12、行业投资最大风险在于两点，一是市场、政府持续炒作，新进入者不断增多，壁垒低的领域会很快成为一片蓝海；二是关键原材料和元器件依赖于进口，核心技术受专利限制，对于国内企业来说是很大的发展瓶颈。

13、国内目前专业型拥有核心技术的公司屈指可数，拥有综合解决方案的公司更是少之又少，跟美国的情况有所不同。

第一部分：

3D打印行业概述

一、3D打印的概念

3D打印机（3DPrinters）是一位名为恩里科·迪尼（EnricoDini）的发明家设计的一种神奇的打印机。

3D打印（3DPrinting）是通俗的叫法，学术名称为快速成型（RapidPrototyping，RP）技术，也称为增材制造技术或者是添加制造（AdditiveManufacturing）技术，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三位模型数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。

它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件和磨具，从而有效地缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。

二、3D打印的特点

快速成型技术是与传统的加工方式不同，通过分层制造，逐层叠加的方式生产最终产品。

快速成型技术的特点无需开模、切割、焊接等传统工艺的加工，成本也大大降低。

快速成型技术另外一个特点是可以加工非常复杂结构的产品。

简单地说，用户只需要通过CAD设计一个3D模型，并选择合适的材料，就能打印任何形状的物体。

3D打印技术一旦普及，由于其在成本、速度、精确度以及大规模生产方面的优势，它对制造业的影响无疑将是颠覆性的。

但值得注意得是，3D打印技术的应用对象可以是任何行业，除了制造业，3D打印技术还可延伸到政府、航天国防、医疗设备、高科技、教育业等等，其未来的发展有着无限的可能。

三、3D打印技术发展史

快速成形技术是当今世界上飞速发展的制造技术之一，至今已有20多年历史，已经广泛应用于家电、汽车、航天军工、船舶等领域。

快速成形技术最早在二十世纪80年代初由美日国家提出，1986年第一台3D打印机在美国面世，快速成型技术在多年的发展中形成了多种工艺，目前3D技术在美国已经实现产业化。

《经济学人》杂志曾经评价：

“伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1750年的蒸汽机如此，1450年的印刷术如此，1950年的晶体管也是如此。

而今，我们仍然无法预测，3D打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。

”

短期内，3D打印还不足以与传统大规模制造业齐头并进，但会越来越广泛地应用于制作原型、制造传统制造业所需的工具、直接生产高度定制或技术复杂的小批量产品。

随着打印尺寸和打印速度的限制渐被打破，以及打印材料价格的下降，制造业经济模式将发生巨大改变，以支持3D打印的发展。

当考虑设计、制造、装配、运输、分销和经营产品时的端对端成本时，尤其如此。

人们会越来越多地使用含有3D打印元件（或完全3D打印）的产品，从汽车、飞机到消费类电子设备、厨房用具。

3D打印带来的变化是巨大的，我们只是对最终会造成的影响浅谈则止。

从今天所看到的颠覆中，可以预见将来大规模的变革。

有一天，定制、无需海运的制造业会像桌面打印一样普通。

当这一切发生的时候，没有车间的工厂成为常态，人们会难以想象没有3D打印时企业和消费者是如何过活的。

业内人士将2012年的3D打印机视为像1977年个人计算机和1990年网页浏览器一样，是一个崭新的市场从萌芽期进入成长期的转折点。

虽然3D打印技术目前尚未颠覆传统制造业——传统制造业的规模效应依然占据优势，但前者正慢慢抢走市场份额。

四、3D打印的优点

3D打印主要有以下优点：

1、所见即所得WYSIWYG

2、产品研发活动中增进沟通

3、节省R&D费用

4、缩短设计周期

5、降低犯错成本

6、无需制造模具和特定的生产线

7、提高R&D的质量和效率，激发创意

8、支持制造工程的同步（平行）

9、更快地将新产品推向市场

10、本地制造，消除了产成品的运输和分销

11、材料循环使用（节省，减排，解决垃圾和熵增）

12、打破制造行业间的界限

13、一次成型无缝连接，强度和稳定性远超传统制造

14、适宜小批量个性化制造

就像个人电脑、第一台晶体管收音机和其他颠覆性技术一样，3D打印需要时间发展和挑战现在的“统治者”。

如今的技术难点，诸如材料成本、质量、规模限制和吞吐能力，需要逐步克服。

同时，商业和经济上的阻碍（如，整个行业的设备更换；商业策略、流程和角色的重新设计）需要逐一解决。

（参见图1）。

五、3D打印分类

按产品应用范围划分，3D打印主要分为工业级、医用级和民用级。

其中，前两种级别的3D打印机精度很高，不仅可以打印塑料和树脂，还可以打印金属和高分子材料，能够生产航空航天所需的部件、医用人造牙齿和关节等，甚至包括人造器官。

不过，这些设备价格高昂，每台达数十万美元，难以大规模推广。

　　而在民用级市场，3D打印技术的精度仅为毫米级，所使用的材料通常为塑料，只能用来制造模型和玩具，或是人偶等创意产品。

此类3D打印机的售价约为数千美元，体积也更小，适合家庭使用。

六、3D打印应用领域

3D打印的具体应用领域包括：

1）工业制造：

产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证，制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品。

3D打印的小型无人飞机、小型汽车灯概念产品已问世。

3D打印的家用器具模型，也被用于企业的宣传、营销活动中。

2）文化创意和数码娱乐：

形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。

科幻类电影《阿凡达》运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工艺的水平。

3）航空航天、国防军工：

复杂形状、尺寸细微、特殊性能的零部件、结构的直接制造。

4）生物医疗：

人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。

目前阶段，生物打印或生物制造在全球来讲不是陌生话题，也有很多的公司在尝试去做，但是更多的打印还是集中在矫治、植入体方面，真正打印心脏等，这个路程会很长，目前没有产业化的成功案例。

5）消费品：

珠宝、服饰、鞋类、玩具、牙刷、创意DIY作品的设计和制造。

6）建筑工程：

建筑模型风动试验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟。

7）教育：

模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。

在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研。

8）个性化定制：

基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。

3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品到市场的开发时间。

据国外初步统计，3D打印企业目前最大的市场主要在消费品和电子领域，其市场份额约为20.3%；紧随其后的是机动车（19.5%）、医疗和牙科（15.1%）领域。

目前3D打印率先起来的市场可能是在这些领域：

1、个性礼品市场；2、工业制品快速制版；3、个性首饰；4、影像设计；5、文物仿制；6、建筑模型；7、家具家居；8、教育市场；9、玩具市场。

第二部分：

3D打印技术分析

一、3D打印机工作原理

3D打印机运作原理和传统打印机工作原理基本相同，也是用喷头一点点“磨”出来的。

只不过3D打印它的喷的不是墨水，而是液体或粉末等“打印材料”，利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。

通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

它的工作步骤是这样的：

使用CAD软件来创建物品，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物、或者微缩建筑等等。

然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来，其工作结构分解图如下。

3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。

3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后在进行打印输出。

3D打印机的结构解剖和工作原理图

3D打印制造包括三个核心的环节：

前端数据获取（3D扫描和建模），中端数据加工处理（计算机辅助设计）以及后端产品加工（3D打印）。

根据国外经验来看，3D打印机生产商、3D扫描产品、医疗服务领域应用都已经取得了较好的发展机会。

二、3D打印过程简述

3D打印一般分三个步骤：

准备、打印、回收粉末。

准备：

将你想打印的3D电脑模型以CAD文档的形式输入到电脑端，如SolidWorks，Autodesk或者Pro/ENGINEER。

打印机的电脑端软件会将该模型几百层，每层约十分之一毫米。

打印机端的准备跟纸质打印机类似，加热空气，准备工作室和打印头，检查并释放一部分胶水。

打印：

一切准备就绪，粉末箱下端的漏斗开始放粉末，一层约0.1毫米，然后打印头开始铺胶水和颜料（粘合剂），胶水和颜料的释放方式由电脑解析的部件模型的第一层的数据信息控制。

然后胶水与粉末固化后，工作室下面的活塞往下移动0.1毫米，准备打印第二层。

以此类推。

回收粉末：

打印完毕，粗胚边缘的未粘结粉末都会被吹掉，然后工作室会轻微震荡去除残留的粉末，还震荡不掉的粉末，最后由压缩空气再清扫一遍。

所有未使用的粉末通过负压回到粉末箱。

三、3D打印关键技术

3D打印需要依托多个科学领域的尖端技术，至少包括以下方面：

1）信息技术：

要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并且根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向。

2）精密机械：

3D打印以“每层的叠加”为加工方式。

要生产高紧密的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。

3）