3D打印行业分析报告.docx

1、3D打印行业分析报告2014年3D打印行业分析报告2014年3月目 录一、3D打印概述 31、3D打印内涵 32、3D打印发展历史 43、打印原理 5二、工艺分类 61、选择性激光烧结 62、选择性激光熔化 73、3D打印工艺与传统工艺对比 8三、市场现状：个人打印高增速、功能应用以模具为主 9四、市场展望：小批量、个性化领域优势突出 10五、产业链分析：设备与耗材是关键 11六、成本构成：设备占比3/4，耗材占比11% 12七、海外对比 141、3D systems 152、Stratasys 16一、3D打印概述1、3D打印内涵3D打印（3D Printing），又称“添加制造”（Addi

2、tive Manufacturing）技术。根据美国材料与试验协会（ASTM）2009年公布的定义，“添加制造”技术是“一种与传统的材料去除加工方法相反的，基于三维数字模型的，通常采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺”。3D打印是被经济学人认为将会推动第三次工业革命的技术力量，将会使得制造业更加智能化、更有柔性，使得产品创新更容易，成本更低，促进社会化生产，未来的工厂将更关注个性化定制，生产方式又转到了更加个性化的生产方式，最终将促成第三次工业革命。简单来说，3D打印就是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来最终制造出立体实物。具体来说，就是软件通

3、过电脑辅助设计技术完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，而3D打印机会利用原材料将连续的薄型层面逐层堆叠起来，直到一个固态物体成型。正因为如此，工业上称3D打印为快速成型，3D打印机也叫快速成型机。工业3D打印过去常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。由于3D打印能够制造传统方式无法加工的奇异结构，并且具有节约材料等多种优点，从航空、动力装备到医疗、体育、影视等诸多领域，均可大显身手，尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。2、3D打印发展历史3D打印诞生于上世纪80年代的美国，是一种快速成形技术，至今已经历经近3

4、0年的发展。2009年得到美国政府和企业密切关注之后，发展速度迅速提升。3D打印过去常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。由于3D打印能够制造传统方式无法加工的奇异结构，并且具有节约材料等多种优点，从航空、动力装备到医疗、体育、影视等诸多领域，均可大显身手，尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。3、打印原理简单来说，3D打印就是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来最终制造出立体实物。具体来说，就是软件通过电脑辅助设计技术完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，而3D打

5、印机会利用原材料将连续的薄型层面逐层堆叠起来，直到一个固态物体成型。正因为如此，工业上称3D打印为快速成型，3D打印机也叫快速成型机。二、工艺分类 根据不同材料的特性，3D打印可分为以下五种打印工艺：激光固化树脂成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、三维喷涂粘接成型（3DP）和熔融沉积成型（FDM）等。它们的共性是都具有在世界上任何地方制造定制产品，尤其是复杂几何形状的实体的能力。上述五种打印工艺中，选择性激光烧结(SLS) 与选择性激光熔化(SLM)均可对金属粉末进行打印加工。下面对这两种工艺进行简要介绍: 1、选择性激光烧结目前，选择性激光烧结（SLS）技术是

6、发展最快、最为成功且已经商业化的快速成型技术。选择性激光烧结整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热到一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。2、选择性激光熔化选择性激光熔化（SLM）技术是上个世纪90年代出现的一种新型快速成型技

7、术。它结合了CAD/CAM、数控、光学及材料科学等技术，以各种纯金属或合金粉末材料作为加工原料，采用中小功率激光器快速、完全熔化选择性金属粉末后，结合快速冷却凝固技术，其成型零件致密度近乎100%，机械性能与锻造零件相当。SLM技术具有工艺简单、成型材料范围广泛（单一金属粉末、复合粉末、高熔点难熔合金粉末等）、可以制作出传统工艺方法难以制造的复杂金属零件等特点，因此日益受到国内外专家广泛重视，已成为目前所有快速成型技术中最具发展前景的技术。3、3D打印工艺与传统工艺对比3D打印具有传统制造工艺无法比拟的优点，例如，将多维制造变为简单的由下至上的二维叠加，从而大大降低了设计与制造的复杂度，可制造

8、传统方式无法加工的奇异结构。此外，传统的工业产品开发方法往往是先做模具，然后再做出样品，而运用3D 打印技术，无需模具，就可以把制造时间降低为以前的1/10 至1/5，节省材料，降低成本。据估计，3D打印能够降低约50%制造费用，缩短加工周期70%。例如，航空喷气发动机-洛克达因公司采用3D打印技术打印喷嘴三维模型，和传统工艺相比，耗时不到4个月就成功打印出喷嘴，生产成本也降低超过七成；中国利用激光成形技术直接制造C919达中央翼根肋，节省了91.5的材料。但目前来看，3D打印技术依然面临一系列的问题，如制造速度、产品的材料性能、机器和材料成本、操作的可访问性和安全性、其他功能（如多种颜色等）

9、和成型精度及质量等问题。三、市场现状：个人打印高增速、功能应用以模具为主近年来，3D打印市场高速发展，个人3D打印市场也已开启。根据市场研究机构Frost & Sullivan发布的2012年全球3D打印市场研究报告显示，从1994年到2011年，全球3D打印机市场规模一直保持高速增长态势，复合增长率达到了17.6%。2011年全球个人3D打印设备销售量呈现爆发式增长，销售量从5987台猛增至23265台，增幅接近300%，大幅超过商用3D打印设备增速。全球3D打印设备保有量区域分布中，美国以41%的份额位居第一，其次是日本、德国与中国。在应用领域分布式，3D打印技术在消费电子产品、汽车、航空

10、航天、医疗、军工、地理信息、艺术设计等多个领域都得到了应用。目前，消费电子产品、汽车及医疗领域所占比例较大。在应用功能方面，目前应用3D打印技术设备的过程主要集中在劳动密集型的产品开发的早期阶段而非最终产品生产阶段。四、市场展望：小批量、个性化领域优势突出近期，从市场角度看金属打印前景最为广阔，需求行业包括航空航天、高铁、船舶、汽车、模具制造、机械加工等。从长远来看，3D打印主要有四个发展方向：一是功能部件的直接制造，例如飞机的起落架等复杂零件；二是生物制造，例如细胞打印、组织再生等；三是数字化创意，建筑、雕塑、工艺品等都可以用3D打印；四是家庭制造，可以期望3D打印机在未来如同电脑一样进入万

11、千家庭。虽然3D打印发展势头良好，但在短时间内还无法与工业生产相抗衡，特别是要得到中国等发展中国家消费者的认可，还需要突破几个瓶颈：原材料成本过高、需要的原料种类太多。以中国为例，中国拥有大量的廉价劳动力和其他成本优势，因此在短时间内很难大规模采用成本更高的3D技术。但在成本承受能力强的医疗和航天军工领域，3D打印技术将会得到更多应用。可见，在一定时间内， 3D打印技术在单件小批量、个性化、网络社区化生产模式上具有无可比拟的优势，将在一定程度上改造目前的制造业产业链条，成为大规模低成本制造模式的完美补充。五、产业链分析：设备与耗材是关键当前，3D 打印领域主要的业务领域包括：3D 打印机制造、

12、打印材料和打印服务。据此，我们将目前市场上的厂商分为以下3类：设备制造商、材料提供商和打印服务商。从设备制造层面看中国由于缺少核心技术，在市场中所占的份额还很小。根据国际权威报告沃勒斯报告2012显示，截至2011年，全球累计销售4.9万台工业级3D打印机，其中近四分之三由美国制造，中国生产的设备仅占3.6%。在打印材料层面上，材料已经成为制约中国3D技术应用的重要因素。例如，目前国内3D打印用的金属粉末基本被国外厂家垄断。外国厂商在销售3D打印设备的时候，基本都会搭售粉末产品，价格也较为昂贵，这在很大程度上限制了国内3D打印产业的发展。六、成本构成：设备占比3/4，耗材占比11%材料已经成为

13、制约金属3D打印技术普及的重要原因。工业级的3D 打印材料更是十分有限，目前适用的金属材料只有10 余种，而且只有专用的金属粉末材料才能满足金属零件的打印需要。需要用到金属粉末材料的3D打印为工业级打印机，即选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔化（SLM）技术。3D打印对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能要求很高。根据不同的用途，金属材料制备的工件要求强度高、耐腐蚀、耐高温、比重小、具有良好的可烧结性等。同时，还要求材料无毒、环保；性能要稳定，能够满足打印机持续可靠运行。功能应用是越来越丰富，例如现在已对部分材料提出了导电、水溶、耐磨等要求。当然前提是保证经济性。在金属3D打

14、印中，常用的材料是钛粉、铝合金粉和不锈钢粉。与普通金属材料比，这些材料成本要高出10倍左右。例如，德国的EOS公司能生产出有限的几种金属粉末，如：不锈钢粉、铝硅粉、钛合金粉，但价格是传统粉体的10-20 倍。目前，3D打印用钛粉约180万/吨，而航空用钛材价格约为20 万/吨。目前在工业级打印材料方面存在的问题主要是：第一、可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展；第二、打印流畅性不足；第三、材料强度不够；第四、材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾；第五是材料标准化及系列化规范的制定。但随着3D打印技术的成熟，金属材料的形态可能会越来越丰富，如粉状、丝状、带状。金属材料将在生物医学、航空航天

15、等领域具有广阔的应用前景和生命力。七、海外对比在3D打印设备制造方面，3D Systems 和Stratasys两大巨头引领3D打印行业。这两家成立于上世纪80 年代末的公司，分别根据自己的3D 打印技术专利推出了商业化的3D 打印机，并通过不断创新和吸收新技术引领着行业的发展。EOS公司在3D打印领域里，属于选择性激光烧结（SLS）这块技术的领导厂商，从早期的塑料3D打印应用发展到90年代初期跨入到金属粉末3D打印的应用，把整个应用领域拓展得更加宽阔。EOSINT M280采用EOS公司研发的DMLS技术（Direct Metal Laser-Sintering）进行金属件制作，EOSINT

16、M280金属粉末烧结系统，采用选择性激光烧结成型技术，利用光纤激光器对各种金属粉末材料直接烧结成型。1、3D systems 3D Systems公司，是3D打印业界的龙头企业之一。准确的说，3D Systems公司不仅仅是一家3D打印设备的提供商，它专注于内容打印解决方案，具体包括3D打印机、3D打印耗材、按需定制组件服务和3D数字模型制作软件。3D Systems公司的3D打印产品线涵盖消费级、专业级和工业级，非常全面。在工业级，它的3D打印机iPro系列产品基于三维立体平版印刷（SLA）、选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化成型（SLM）技术分化出十多款不同型号。3D Systems公司的主营业务包括3D打印