3D打印行业发展和市场分析报告.docx

1、3D打印行业发展和市场分析报告2017年3D打印行业发展和市场分析报告本调研分析报告数据来源主要包含欧立信研究中心，行业协会，上市公司年报，国家相关统计部门以及第三方研究机构等。图表目录表格目录第一节 3D打印改变世界的力量一、打印出形状，就打印出了功能3D打印技术的官方定义乍听之下有些骇人：3D打印技术，又称增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。抛开骇人的官方定义，3D打印之所以被称为打印，也是与常见的平面打印类比而来，它与平面打印有许多共同的特征。将二者的概念进行比

2、较，更容易理解什么是3D打印。平面打印的前提是将需要打印的信息形成打印机可读的文件，或图片或文档或是其他格式，然后将此文件信息传送到打印机，经打印机解读后在打印纸上以平面形状的方式将文件内容打印出来。通常来讲，平面上打印出来的任何形状或符号并不具备实际的功能，而只作为传递信息用。图表1：平面打印基本流程示意图资料来源：北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库3D打印之所以被称为“打印”，也是与平面打印的形象类比得来的。3D打印的步骤，是首先将想要打印的物品的三维形状信息写入到3D打印机可以解读的文件，然后将文件传输到3D打印机，3D打印机解读文件后，以材料逐层堆积的方式打印出立体形状。这种以逐层

3、堆积材料来获得最终形状的方式，也是3D打印被称为“增材制造”的原因。人们通常所见的范围内，立体的形状是功能的基础，因此，打印出了形状，也就打印出了功能。平面打印是为了传递信息，而3D打印作为一种制造加工的技术，却可以直接实现功能。这也是3D打印最大的魅力所在。图表2：3D打印基本流程示意图资料来源：3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库下表简述了平面打印与3D打印的技术对比情况。表格1：平面打印与3D打印的对比资料来源：3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库二、3D打印的分类按照最终产品的应用领域和对应所需要的精度等要求不同，3D打印可分为消费级3D打印和工业级3D打印

4、。首先二者面对的下游市场不尽相同，消费级3D打印主要面对消费型、娱乐型以及对产品精度要求不高的产品，例如玩具模型、教学模型等；而工业级3D打印主要面对质量精度要求较高的航空航天、医疗器械、汽车、模具开发等下游市场。二者在众多方面存在较大差别，工业级3D打印精度更高、打印速度更快，可打印尺寸范围更广，产品可靠性也更好。但也正由于这些，工业级3D打印的价格更高，目前不能为普通消费者所接受。图表3：工业级3D打印精度更高、价格更贵、可打印尺寸范围更广资料来源：3D打印服务网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库按照打印技术的特点，3D打印又可分为选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、激光直接烧结

5、技术、电子束熔化技术、熔融沉积式成型、选择性热烧结、立体平板印刷、数字光处理、三位打印技术、及细胞绘图打印等。1986年，美国科学家CharlesHull利用液态光敏树脂被一定波长的紫外光照射后即变成固体的特性，发明出世界上第一台3D打印机。它的基本原理是将液态光敏树脂倒进一个容器，液面上方有一台激光器，当电脑发出指令，激光器发射紫外光，紫外光照射液面特定位置，这一片形状的光敏树脂即发生固化。液态光敏树脂的液面在打印的过程中随固化的速度上升，使得紫外光照射的地方始终是液态树脂，最终经过层层累积，形成一定形状。这种技术也被称为立体平板印刷技术(SLA)，这也是目前最成熟的3D打印技术之一。图表4

6、：SLA原理图资料来源：先临三维公司网站，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库图表5：SLA打印机资料来源：3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库经过近30年的发展，3D打印的技术类型也越来越丰富，在最初的基础上已经衍生出几十种打印技术。目前的3D打印技术不仅可以使用光敏树脂、ABS塑料等原料进行打印，还允许使用铝粉、钛粉等金属粉末，以及氧化铝、碳纤维等陶瓷粉末为原料进行打印；甚至还出现了以活细胞为原料的生物3D打印技术，这种技术目前已经在组织工程领域小范围使用。表格2：3D打印技术分类资料来源：中国产业信息网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库除SLA技术外，用以打印高分子

7、材料的3D打印技术还包括熔融沉积式成型技术（FDM），选择性热烧结技术（SHS）、数字光处理技术（DLP）等。其中FDM技术应用较为广泛，其基本原理是加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冶却后形成一层大薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，如此循环，最终形成三维产品零件。这种技术可以用于大体积物品的制造，成本也较低，设备技术难度较低；缺点是所生产的物品常常纵向的力学性能原小于横向的力学强度，且打印速度缓慢，产品表面质

8、量也有待进一步提高。图表6：3D打印技术原理示意图(FDM)资料来源：3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库选择性激光熔化成型技术（SLM）和选择性激光烧结成型技术（SLS）是发展最早也是目前使用最广泛的金属3D打印技术。SLM技术所使用的材料多为单一组分金属粉末，包括奥氏体不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴-铬合金和贵重金属等。理论上讲只要激光束的功率足够大，可以使用任何材料进行打印。SLM技术的基本原理是激光束快速熔化金属粉末，形成特定形状的熔道后自然凝固。其优点表面质量好、具有完全冶金结合、高精度、所使用的材料广泛。主要缺点是打印速度慢、零件尺寸受到限制、后处理过程比较。目前该技

9、术已较广泛的应用到了航空航天、微电子、医疗、珠宝首饰等行业。图表7：SLM原理图资料来源：先临三维公司网站，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库图表8：SLM打印机资料来源：3D打印技术网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库SLS技术的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末），激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。与SLM技术不同，在打印金属粉末是SLS技术在实施过程中不会将温度加热到使金属熔化。电子束熔化技术（EBM）是一种较新的可以打印金属材料的3D打印技术，它与SLS或SLM技术最大的区别在于使用的热源不同：SL

10、S或SLM技术以激光作为热源，而EBM技术则以电子束为热源。EBM技术在打印速度方面具有显著优势，所得工件残余应力也较小，但设备比较昂贵，耗能较多。图表9：EBM技术原理图资料来源：三迪时空网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库各种3D打印技术在技术优点上各有千秋，也有各自的劣势。根据精度、材料、力学性能、及成本的要求，不同的应用场景可根据需要选择不同的打印技术。三、3D打印产业链经过近30年的发展，3D打印已形成一条比较完整的产业链。整个产业链条自上游到下游分别包括图像扫描逆向工程三维图形处理软件原材料3D打印机打印服务等。也包括例如资讯网站、3D打印技术培训等衍生环节。图表10：3D打

11、印产业链资料来源：3D科学谷，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库3D打印产业链条的完整程度、细化程度和各环节的发育程度在不同的市场上相差较大。3D打印技术最初在美国市场最早出现，美国的3D打印产业链也最完整，在各细分行业内发育也较充分。美国不仅包揽了世界上最大的几家3D打印设备生产厂家，在逆向工程、图像处理、及下游的细分应用领域都出现了实力较强的龙头企业。图表11：全球3D打印产业链代表企业分布资料来源：3D科学谷，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库相比之下我国市场中3D打印产业链发展尚显滞后，大多数产能和优秀的企业主要集中于3D打印机的生产环节，而在原材料、图像处理、逆向工程以及细分

12、的下游市场中都显得比较薄弱。目前我国高端3D打印原材料主要仍然依赖进口，在图像处理、逆向工程等领域也尚未有龙头企业出现。不过我国3D打印行业整体发展速度很快，行业规模增速远超全球水平，目前我国3D打印产业规模已占到全球市场8.6%。图表12：我国3D打印行业规模占全球规模8.6%资料来源：中国产业信息网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库四、3D打印改变世界的力量3D打印技术的应用可满足消费者的定制化需求，将其与互联网、物联网、智能物流结合，则有可能催化产生全新的生产模式和商业模式。图表13：3D打印与物联网、智能物流结合，成就全新商业模式资料来源：中国产业信息网，北京欧立信信息咨询中心，

13、欧咨行业数据库在传统生产方式下，产业往往存在从原材料供应商生产商品牌商分销商零售商消费者的价值链条，在这样的链条中，每一个节点满足其下一个节点的需求，最终由零售商满足消费者的需求，由消费者产生的消费需求无法直接传导至生产商。随着互联网技术和理念的成熟，目前已允许消费者将消费需求直接传导给生产商、品牌商，甚至原材料供应商。3D打印的广泛应用，恰能帮助上述信息的直接传导产生直接的价值，即每个节点可能直接为消费需求负责，未来有望形成有别于传统“价值链”的“价值网”。由价值链向价值网转变，由批量制造向个性化定制转变，是在当今市场、科技等大背景下的必然趋势，而3D打印技术正是实现这种转变的关键技术，拥有

14、改变世界的力量。图表14：传统制造价值链资料来源：中国产业信息网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库图表15：3D打印产业价值网资料来源：中国产业信息网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库第二节 3D打印技术和市场成熟了吗？每个行业都有自己的生命周期，都会经历导入、成长、成熟、衰退等阶段，3D打印行业也不例外。站在当前的时间节点，根据3D打印行业表现出的种种特征，我们认为3D打印正处于导入期之末、成长期之初的阶段。图表16：3D打印技术目前处于导入期之末，成长期之初资料来源：iMedia，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库首先无论在全球范围内还是我国市场内，3D打印的行业规模都呈现

15、快速上涨阶段。2011年全球3D打印行业整体收入仅17.14亿美元，而到2015年已达到51.65亿美元，复合增速超过30%。预计到2018年，全球3D打印行业总收入将超过110亿美元。图表17：全球3D打印行业规模持续高速增长资料来源：3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库相比全球平均水平，我国的3D行业的市场规模增速更加惊人。2011年国内3D打印行业整体收入仅为约10亿元人民币，到2015年已达到78亿人民币，复合增长率近70%。预计到2018年，我国3D打印行业规模将超过200亿元人民币。这种高增长性符合行业成长期的特征。图表18：近年来我国3D打印行业始终保持每年60-1

16、00%的增速资料来源：中国证券网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库我们整理国外主要的3D打印公司（包括3DSystem、Stratasys、EXone等行业龙头）的基本信息，并对它们的财务状况做了横向比较。表格3：国外主要3D打印上市公司资料来源：Wind，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库根据公开资料整理发现，全球主要3D打印上市公司目前均处于亏损或微利状态。图表19：国外主要3D打印上市公司尚处于亏损或微利状态资料来源：Wind，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库目前国内主要的3D打印公司并没有在主板上市，而是集中于新三板及其他的地方板块。表格4：国内新三板及其他版块挂牌3D

17、打印公司资料来源：Wind，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库整理公开资料发现，我国3D打印企业目前仍处于亏损或微利状态。在上表的5家公司中，联泰科技营业利润最高，仅略超过500万元。图表20：国内主要3D打印新三板及地方版块挂牌公司尚处于亏损或微利状态资料来源：Wind，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库统计国内主要3D打印上市公司的总资产规模发现，目前国内的3D打印上市公司规模均比较小。其中仅先临三维总资产规模超过5亿元人民币，其他四家公司规模均低于1亿人民币。未来仍有巨大的发展空间。图表21：国内主要3D打印新三板及地方版块挂牌公司总资产规模比较小资料来源：Wind，北京欧立信信

18、息咨询中心，欧咨行业数据库快速的发展和微利的状态，加上有待发展的公司规模，我们判断目前全球及我国的3D打印行业正处于导入期之末、发展期之初。接下来的一个阶段将会面临巨大的发展契机。从技术发展上来看，2013年对于中国3D打印行业来说是一个爆发点，根据万方数据库的专利数量统计，2012年我国3D打印相关专利数量不足40项，而2013年激增至691项，而2014年更是达到了1531项；虽然2015年相关专利数略少于2014年，但仍十分可观。再加上近几年全球主要的3D打印技术相关专利进入解禁期，也为3D打印行业的高速发展提供了支持。图表22：国内3D打印相关专利于2013年呈现爆发态势资料来源：万方

19、数据库，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库第三节 什么制约了3D打印的发展？一、3D打印产品的优缺点作为一种新型的加工制造技术，3D打印技术与传统的成型技术相比，有不少显著的优点，包括：（1）增材制造的方式大大提高了加工的自由度，更适合加工形状复杂的、个性化的零件或物品，完整表达设计理念；（2）摆脱经验加工，精度比较高；（3）数据输入后自动打印，零技能制造，大大降低体力劳动强度和操作难度；（4）原材料利用率高，减少废弃副产品；（5）制造成本不随制造物品的复杂程度而提升等。图表23：铸造技术对内部精细结构无能为力资料来源：慧聪网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库图表24：切削加工的形状

20、受到极大限制资料来源：机械网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库图表25：3D打印精致还原人体骨骼资料来源：中国3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库图表26：3D打印适合复杂形状产品制造资料来源：中国3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库然而凡事有利也有弊，站在目前的时间节点看，3D打印也有需要兊服固有的不足，这包括：（1）多数情况下，与传统制造方法相比耗时更多，产品价格更贵。根据我们与3D打印礼品店工作人员的详细沟通，得知如果使用3D打印的方式得到一件石膏，耗时约24小时，而该产品的市场售价约为60000元。如果使用传统的注塑的方法制造，由于批量生产的原因，每天

21、约能生产120件，每件售价仅约50元。另外原材料价格昂贵也是导致3D打印最终产品价格昂贵的重要原因，据了解，用于3D打印的石膏粉，市场价格在6元/兊左右。图表27：目前阶段3D打印技术耗时较长，成本较高资料来源：淘宝网、Stratasys网站报价，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库不过在某些特殊的应用场景下，3D打印也能降低成本。3D打印技术不需要模具即可实现各种形状产品的制造，因此，3D打印技术特别适合应用于利用模具铸造困难、形状复杂、个性化强的产品。传统制造技术中，单个模具价格很高、加工周期长，但其使用有助于提高产品的一致性，便于流水线生产，从而降低了批量生产的成本。另一方面，由于研发

22、阶段产品外形常需多次调试，研发阶段所用模具无法应用于随后的生产中，模具的使用也大大提高研发成本。3D打印技术特别适合此类产品的研发，大大缩短研发周期，降低研发成本。图表28：3D打印显著缩短研发周期、降低研发成本资料来源：中国产业信息网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库（2）3D打印的产品力学强度受到工艺影响显著，获得的力学性能不稳定。从某高校的实验数据看，利用3D打印技术和传统的铸造技术得到的同样大小、形状和材质的工件，性能差别非常显著，其重要原因是3D打印获得的工件内部疏松不够致密。不过也有另外一些报道声称，某些3D打印产品的性能已经达到或超过铸造产品水平。这说明，3D打印产品的力学

23、性能受到制造参数、原材料品质的影响较大，存在不稳定性。图表29：3D打印Ti合金工件的力学性能显著低于铸造Ti合金工件资料来源：上海交通大学，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库不难发现，上述3D打印的两个不足无非是来自3D打印设备自身的打印效率以及所使用的原材料带来昂贵的价格。原材料、设备价格昂贵，以及打印速度慢，是导致3D打印产品成本居高不下的主要原因；而3D打印产品的力学性能又与打印机的性能和原材料的品质息息相关。因此，3D打印设备的性能和原材料的品质和价格仍是目前制约3D打印行业发展的主要瓶颈。统计全球3D打印市场的分布情况可以看到，3D打印设备和原材料的市场分别占据了整个3D打印市

24、场规模总量的39%和37%，二者之和远远高于打印服务的比例24%。这也是打印设备和原材料制约整个行业发展的一个旁证。图表30：3D打印设备和原材料市场规模远超3D打印服务市场规模资料来源：3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库二、原材料种类有限，制造技术壁垒高理论上来说，利用3D打印技术打印出一个汽车轮毂，该轮毂就拥有了实际的功能。而如果要将该轮毂用到汽车上，它还必须是由金属制成。如果不存在可以用来打印轮毂用的铝粉原料，即使使用3D打印技术也无法制造出汽车可用的轮毂。因此，3D打印原材料种类的丰富程度，决定了3D打印技术的应用范围。目前成熟应用于3D打印技术的原材料还比较有限，制约

25、着3D打印技术的推广。表格5：常用3D打印原材料特点及应用领域资料来源：沃德夫聚合物，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库以3D打印所使用的金属粉末材料为例，金属材料的纯净度、颗粒度、均匀度、球化度、含氧量等指标都对最终的打印产品性能影响极大。而获得高品质金属粉末材料的技术要求和成本都很高，最终导致产量不足。目前得到应用的金属粉末主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等，此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。图表31：3D打印用金属粉末要求高纯净度、颗粒度、均匀度、球化度，以及低含氧量资料来源：中国3D打印网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库技术壁垒高、生产困难也导致金属

26、原材料的生产厂家一旦获得技术突破就可以得到很高的毛利率。全球主要的3D打印原材料供应商的毛利率均在50%以上，有些甚至高达200%。因此建议关注原材料研发、生产带来的商业机会。表格6：全球主要的3D打印材料供应商资料来源：中商情报网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库三、设备在于提高效率，改进技术打印效率低是导致3D打印产品价格远远高于常规产品的主要原因之一，而内部组织的不致密则是导致3D打印产品的力学性能低于常规产品的重要原因，这两点都制约了3D打印技术的进一步推广，也是3D打印设备亟待提高和改进的两点。3D打印的效率和技术进步比较难以量化统计，但也可以看到近年来随着3D打印产业化需求逐

27、步加大，对3D打印技术的研究也不断取得进展。例如，2016年7月22日，张海鸥团队经过十多年潜心攻关，研制出微铸锻3D打印一体化设备创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一，实现了首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新，从而大幅降低了3D打印工件的缺陷率，提高了制件强度和韧性，提高了构件的疲劳寿命和可靠性。不仅能打印薄壁金属零件，而且能打印出大壁厚差的金属零件，省去了传统巨型锻压机的成本。该技术以金属丝材为原料，材料利用率达到80以上，丝材料价格成本为目前普遍使用的激光扑粉粉材的1/10左右。在热源方面，使用高效廉价的电弧为热源，成本为目前普遍使用的大多需要进口的激光器的1/10。该项技术进展就是

28、降低成本、提高质量的典范。相信未来随着3D打印技术产业化进一步推进，效率的提升是大势所趋，也将是3D打印技术发生质变的关键。图表32：张海鸥教授研制的微铸锻3D打印一体化技术资料来源：中国日报，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库第四节 3D打印将率先在哪个领域爆发？目前3D打印技术已经在军事、航空航天、医疗、汽车、机械设备制造及消费领域得到了一定的应用。据统计，2014年全球3D打印下游行业应用中，汽车行业应用规模最大，占到全部应用市场的31.7%；其次是消费产品行业，占18.4%。虽然消费产品行业应用占到第二位，但整体来看，除了消费产品之外的其他领域多数属于工业领域，因此工业级3D打印的

29、应用规模远远超过消费级3D打印。站在当前时间节点上，我们认为，目前3D打印技术成本虽然处于逐步下降的过程中，但仍处于较高水平，因此判断未来一个时期内，3D打印行业仍将在高附加值价值的行业内首先得到发展。综合考虑下游的需求场景，我们认为医疗、航空航天、汽车将有望成为3D打印技术的主力爆发点。图表33：3D打印技术下游应用市场规模比例资料来源：前瞻网，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库一、3D打印在医疗行业中的应用3D打印技术可以直接将3D设计模型转化为现实的产品，相较于传统制造方式，更适合制作小批量定制化的产品，以及复杂形状的产品。由于人体的个体差异，手术导板、医疗植入物、义齿等医疗器械，对

30、个性化定制的要求很高。因此，“个性化”为3D打印技术与医疗行业搭建了深度结合的桥梁。目前全球都处于老龄化持续严重的进程中，这更为医疗产业的发展、及3D打印技术在医疗领域的应用发展提供了广阔空间。图表34：中国老龄化程度持续加重，2020年65岁以上人口占比将达12%资料来源：Wind，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库据统计，2014年，全球仅医疗器械子行业的市场规模已超过5000亿美元，并仍将稳步增长。而同年我国医疗器械行业的市场规模达到385亿美元，占当年全球市场规模的7.7%。考虑到中国巨大的人口基数，未来随着我国经济水平的不断提升，医疗行业仍有非常巨大的发展空间。图表35：全球医疗

31、器械市场规模逐年增大资料来源：Wind，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库根据统计和预测，2015年全球医疗行业3D打印市场规模3.5亿美元，预计到2020年，将达到7.6亿美元，复合增长率超过15%。图表36：预计2020年全球医疗行业3D打印市场规模将达7.6亿美元资料来源：SmarTech，北京欧立信信息咨询中心，欧咨行业数据库3D打印技术在医学行业的主要应用，包括用于手术与规划或教学的3D打印医疗模型、手术导板、外科/口腔科植入物、康复器械等医疗器械的应用，还包括生物3D打印这种可以打印具有“生命”的人体组织、器官的应用。目前，3D打印血管、气管、3D打印肾脏、肝脏已经在少量临床中开始使用。市场研究将3D打印在医疗中的应用总结为4类：直接给患者使用的医疗用品、专业医疗辅助器械、医疗器械制造、生物医学研究。我们认为3D打印技术在这4类应用中的使用程度将经历：“探索阶段”、“小众阶段”、“主流阶段”、“普及阶段”，并分别对目前4类应用的对3D打印技术的使用程度，和未来十年预计使用程度做了分析。“生物医学研究”应用目前处于探索阶段，预计未来10年，该应用仍将处在探索阶段；“医疗器械制造”和“专业医疗辅助器械”应用目前已经进入小众阶段，3D打印技术已经在这两类应用中有成功的应用，但是尚未成为主流技术；在虚线部分可以看出，在医