3D打印行业调研报告.docx

1、3D打印行业调研报告3D打印行业调研报告目录一、 3D打印介绍 错误!未定义书签。二、 3D打印机工作原理和打印技术。错误!未定义书签。1.工作原理。错误!未定义书签。2.3D打印技术 错误!未定义书签。三、 3D打印机优势及其用途 错误!未定义书签。四、 3D打印机市场 错误!未定义书签。五、 3D打印机生产厂商。错误!未定义书签。六、 3D打印行业存在的问题 错误!未定义书签。1可供选择的耗材过少，打印产品用途单一.错误!未定义书签。2 成本居高不下b错误!未定义书签。3.效率低下，打印时间过长。错误!未定义书签。七、 3 D打印行业主要商业模式。错误!未定义书签。八、 总结。错误!未定义

2、书签。专摘要：本小组通过网络调研、实地调查等方式对3 D打印行业进行了调研，现形成该报 告，主要内容包括3D打印机基本情况、工作原理、打印技术、产品用途、市场前景、国内外3D打印机厂商、行业瓶颈、主要商业模式等内容。一、3D打印介绍3D打印乂称快速成形技术。诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的 一种高新制造技术，它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、 材料科学、激光技术于一身，可以直接将设计思想转变成现实原型。基本原理是“分 层制造，逐层叠加”。图1 一 1杭州铭展生产的桌面级3D打印机 图1-2杭州铭展桌面级3 D打印机打印的模型二、3D打印机工作原理和打印技

3、术1.工作原理3D打印机可以根据零件的形状，每次制作一个具有一定微小厚度和特定形状的 截面，然后再把他们逐层的“粘”起来。当然整个过程是在电脑控制下，山3D打 印机系统完成的。不同公司制造的3 D打印机所用 的成型材料一般不同，系统的工 作原理也有所区别，但其基本原理都是一样的，也就是前面所说的“分层制造，逐层 叠加”。3D打印机工作的过程可以打一个形象的比喻:例如要制作一个塑料材质的苹 果，首先我们需要的就是在电脑上做出一个3D的苹果模型文件，然后在打印机里面 放入原料材质，接着就可以开始打印了。打印系统在控制的时候会从这个苹果3D模 型底部开始切成很多片，也就是上面说到的截面,一般最先开始

4、制作的是底面的那一 层，这时，系统会控制激光器在这一层截面的范圉烧结原料（或挤出原料，这根据打 印机的不同而有所差别），这一层做好就做上一层，直到整个苹果被“打印”出来。2.3D打印技术从上世纪80年代3D打印诞生之后到如今，已经有十儿种不同的打印技术，其 中比较成熟的有“立体光固化成型法”、“选择性激光烧结法”、“分层实体制造法” 等。2. 1立体光固化成型法(SLA)用特定的激光聚焦到光固化材料的表面，使之由点到线再山线到面顺序凝固， 完成一个层面的绘图作业，这样层层堆叠构成一个三维的实体。该技术是最早实用化 的快速成型技术，一般采用的原料为液态光敬树脂。这项技术主要用于制造多种模 具、模

5、型等。该技术成形速度快，精度较高，但是曲于树脂固化过程中产生收缩，不 可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敬材料是 其发展趋势。优势：该技术是最早出现的快速成形制造丄艺，成熟度高，经过时间的检验。加 工速度快，产品生产周期短，无需切削工具或模具缺陷：造价昂贵，维护成本过高，该系统是要对液体进行操作的精密设备，对工 作环境要求高。产品多为树脂类，强度,耐热性有限，不利于长期保存。软件系统操 作复杂，入门门槛较高。总结:立体光固化成形法的发展趋势是高速化，节能环保与微型化。2. 2选择性激光烧结(SLS)该技术最早由美国德克萨斯大学奥斯汀分校提出，1 992年美国DTM

6、公司推出 该技术的商业化生产设备，儿十年来奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了大量 的研究工作，同时，德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相 应的系列成型设备。国内也有多家单位进行SLS的相关研究工作，如华中科技大学、 南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学等。选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化 层层层叠加生成所需形状的零件。整个工艺装置山粉末缸和成型缸组成，工作时粉末 缸活塞上升，山铺粉辗将粉末在成型缸活塞上均匀铺上一层，讣算机根据原型的切 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，

7、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，直到三维零件成型。总结：金属粉末SLS技术是近年来人们研究的一个热点。实现使用高熔点金属 直接烧结成型零件，对用传统切削加工方法难以制造出的高强度零件,对快速成型技 术更广泛的应用具有特别重要的意义。据研究人员介绍，该技术今后的发展方向应 该是单元体系金属零件烧结，多元合金材料零件的烧结成型等。2. 3分层实体制造法（LOM）LOM 乂称层叠成形，它以片材为原材料，激光切割系统按照讣算机提取的横截面 轮廓线数据，将背面涂有热溶胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓，切割完一层后， 送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装

8、置将已切割层粘合在一起，然后再 进行切割,这样一层层地切割、粘合,最终成为三维工件。LOM常用材料是纸，金属 箔，塑料膜，陶瓷膜等。LOH的技术特点是工作可靠，成本低。缺点是不能制造中空构建。成形材料:涂敷有热敬胶的纤维纸。主要用途:快速制造新产品样件、模型等。三、3D打印机优势及其用途3D打印行业最早应用于工业领域，随着技术的发展，适用的制造领域范围 不断扩大。近些年来，市场规模保持着较快的增速。从3D打印现有的技术优 势和自身局限，以及未来的发展方向来看，这一技术在医疗、航空航天、消费电子 和汽车行业的发展前景较为广阔。现阶段，除了医疗领域之外,3D打印技术对 其他行业的贡献主要集中在产品

9、设计和模具开发两个方面，随着技术的不断完 善，这一技术的应用将会向行业的其他环节渗透。同时，随着“创客”潮流的风靡，近些年来,3D打印设备在个人消费市场的 需求急速膨胀。山于个人制造没有传统工业技术标准的约束，我们判断，未来仍将 保持相对较快的发展速度，存在巨大的市场潜在需求。随着技术的不断发展,3 D打印已经逐步应用于制造业的各个领域。从近10 年3D打印设备下游应用行业的分布来看，个人消费品（以电子行业为主）和交 通运输设备占据主要份额;同时，医疗方面的占比在持续提升。而3D打印设备 在航空航天领域的应用也稳中有升。从具体用途来看,3D打印技术的应用主要集中在模具、工具加工（主要是 产品设

10、计中的样件制造）和功能性设计模型上。同时，近些年来，使用3D打印 设备进行直接部件制造的比例，从最初的儿乎为零，开始逐渐跃升。3D打印最突出的优点是无需模具就能够成型，也不需要机械加工，就能直 接从设计好的三维图形数据中打印出任何形状的物体。而传统的制造工艺最核 心的一个环节就是要建模，很多高端产品能够设汁出来，最大的困难是生产不出 来。因此，3D打印意义的核心一是传统生产方式不能生产制造的个性化、复杂 高难度产品，通过3D打印技术都能够直接制造;二是虽然传统方式能够生产制造，但投入成本太大，周期太长，通过3D打印技术可以实现快捷、方便、缩短 周期、降低成本的目的。图3-1 ABS工程塑料打印

11、的复杂曲面模型 图3-2 ABS工程塑料耗材四、3D打印机市场1987年3D s y s tem公司使用立体平面印刷技术(SL)成功研发了第一台 商用3 D打印设备SLA-lo二十多年以来，3D打印产业的市场规模一直保持 着较高的增速。亚洲制造业协会首席执行官罗军介绍说，20 1 1年全球3D打印 市场规模在1 3亿美元，中国包括设备、耗材和服务在内，为3亿元人民币左右。 根据著名咨询公司Wohler s Assoc iates的统计和预测，1 993-2 0 1 1年行业 产值复合增速为1 7.6%。2012年，预计市场规模超过20亿美元，年增速在 25%30%。到20 19年，行业产值将突

12、破6 5亿美元。这里统计的产值范圉仅包括3D打印设备，3D打印材料，以及外包的打印 服务，即3D设备制作的最终零部件。如果加上衍生市场的收入：包括3D打印 设备制造的中间产品，如模具；以及其他的服务,CAD模型设计，设备使用教学 等,201 1年已接近30亿的市场规模。根据我们对国内儿家3D打印机公司的实地调查，国内3D打印机市场规模 有限。据上海福斐科技董事长助理张乐至介绍，2012年国内3D打印机市场规 模在10亿元左右,该公司通过代理国外3D打印机产品实现年销售额1亿元左 右,并且张乐奎估讣工业级别3D打印机市场规模在最近儿年只会缓慢平稳增 长，另一家位于杭州的铭展网络科技公司市场人员张

13、经理介绍，该公司自2011 年11月推出自主生产的桌面级3D打印机以来，到H前为止销量仅为几百台左 右。据其介绍，国内3D打印机厂商虽然不多，但竞争也十分激烈，主要还是因为 目前国内市场规模有限。5.3D打印机生产厂商根据我们的调查，国内外均有公司进行3D打印机的生产。但国外厂商生产的3 D打印机主要偏向于工业级别，而国内厂商生产的3D打印机主要偏向于桌面级 别.国外3D打印机主要生产商集中在美国,3D打印机的核心技术也掌握在美国手 中。国际上比较著名的公司有:3 D Systems a Objet、Zc r op、Make r bot Sratas y s等。这些公司生产的3D打印机可以使用

14、的耗材、加工尺寸、加工精度、加工 速度等均优于国内产品。例如，国外3D打印机能打印金属制品，光敏树脂制品，石 膏制品等，而国内3D打印机只能打印ABS工程塑料。国内厂商生产3D打印机主要为桌面级3 D打印札大多数生产厂商购买国外3 D打印机部件在国内进行组装，仿制国外的产品。国内产品在精度控制、耗材选择等 方面与国外产品仍然有很大的差距。U前国内产品使用的主要耗材为ABS工程塑 料，而国外产品可使用光敬树脂、石膏粉、金属等各种耗材。国内产品的精度为100 Pin级别，而国外产品可以将精度控制到25 u m级别。国产3 D打印机打印出的制成 品外观就有较明显的纹理,相比传统机械工艺还显粗糙（国内

15、传统车床的加工精度在 1 左右，超精密加工机床0. 01 um左右）。但国内产品的优势在于成本较低, 对于精度要求不高，只需要进行产品外观设计、产品模具验证等需求能够得到基本 满足。图5-1光敬树脂材料打印的模型图52金属材料打印的模型6.3D打印行业存在的问题根据我们对3D打印机行业的调查，该行业主要存在的儿大问题如下：1.可供选择的耗材过少，打印产品用途单一曰前国内外对于3D打印的热捧导致某些报道有点玄乎，比如能直接打印汽车、 打印肾脏云云。实际上，根据我们的调查，可供3D打印机使用的耗材有相当的局 限性，目前仅仅可以使用ABS工程塑料、光敬树脂、石膏粉、金属等材料。美国、加拿大公司联合研

16、制的所谓“3D打印车” U rbee已问世一年有余。它 是一种两人乘坐的三轮混合动力车，其主要动力为电力，辅以燃料乙醇，H标是成 为最绿色的汽车。可惜媒体报道时通常偏离其环保U标，而称它为“第一辆完全通过 3D打印制造的车”。真是这样吗？事实是现在仍无法仅通过3D打印的方式制造汽 车里的关键部件，比如电机。这辆车全身上下唯一用3D打印来制造的部分只有外壳 而已。Urbee团队本想用玻璃钢制造车外壳，但在对比后选择了 FDM 3D打印技 术。最终，他们通过2500小时打印，得到50个零件并组装出了 Urbee的外壳。曲此可见,3D打印并不意味着将车的设计文件输入机器，就能够无中生有造出一 台功能

17、完整的车。就连宝马、现代等传统车商，迄今也刚刚做到用FDM 3D打印技 术加速开发新型方向盘和仪表面板。现在看来，想用3D打印作为生产方式来取代大规模生产不太可能。且不说3D 打印技术訂前尚且不具备直接生产像汽车这样复杂的混合材料产品，即使该技术在 未来取得长足进步，完全打印一辆车只怕要耗时好儿个月，在成本上远远高于大规 模生产车时均摊到每辆车上的成本。所以，对于生产有大量刚性需求的产品来说，具有 规模经济优势的大规模生产仍比重点放在个性化、可定制的3D打印生产方式更加 经济。不过，也正因为这个原因，在某些生产规模无法达到“汽车”规模经济效应的领 域，3D打印正逐渐成为主力生产方式之一。飞机工

18、业就是一个典型。由于飞机产量 较小，结构复杂，用传统制造方式成本高昂，浪费原料，周期很长。因此，波音公司正 借助3D打印生产某些零件，并已装配到美国空军现役战机上；中国西北工业大学 正尝试用“电子束热熔”技术制造飞机用钛合金零件;2012年度中国国家技术发明 一等奖获奖项目正是“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”。在需要高度定制化的某些医疗领域，3D打印也可以大展拳脚！今年3月初，一 位美国患者借助3D打印技术及计算机断层扫描/磁共振成像数据,用美国“牛津高 性能材料”公司的生物兼容塑料替换了自己7 5 %的受损颅骨。无独有偶，美国男孩卢克因膀胱频繁渗尿，导致肾功能受损。美国威克森林再生

19、医 学研究所曾用3D打印技术为卢克定制了膀胱模子，并使其自身细胞在模子内发育 成可发挥膀胱功能的器官。这个人造器官让卢克避免了终生依赖透析的命运。但这 种打印技术目前还无法制成有实用价值的肾脏等结构、功能更复杂的器官，此前媒 体盛传的3D打印肾脏还深藏在实验室中，不能植入人体。LI前，威克森林研究所 正尝试利用喷墨打印机原理，用细胞替代墨水，直接打印制造人体组织和器官。此外,3D打印技术还可用于博物馆展品复制、个性化玩具及首饰定制等等需要 精确仿造或异想天开的设计等领域。2.成本居高不下虽然国产桌面级3D打印机价格便宜，在儿千至儿万元不等,但是受成本和耗材的 限制，其打印后的产品粗糙，所以只能

20、用于外形设计，不能进行批量生产使用。若要对 产品进行批量生产使用,只能使用国外进口的匸业级打印机，这些设备高达儿十万至 儿百万元人民币,成本居高不下，使得很多企业不敢尝试。3.效率低下,打印时间过长即使不考虑3D打印机设备的高额成本，使用3D打印机进行规模化生产的 时间成本也远远高于传统的制造工艺，因为其效率仍然处于较低的水平。Urbee 汽车的外壳为使用3D打印机打印,但整个打印时间长达2 5 00小时,可见,3 D打印机的效率问题仍然是其发展的一个瓶颈。七、3D打印行业主要商业模式3D打印市场在国内主要有3种商业模式，第一是设备销售，包括国外设备代理 和国内厂商自己生产，第二是提供3D打印

21、服务，包括模型设计、3D照相等服务，第 三是3D打印机配套耗材的生产。1.设备销售对于采用设备销售的模式，国内厂商生产的3D打印机均为桌面级别，实用性不 大，而且均处于“自产自销”的模式;代理国外工业级打印机方面，由于代理的利润 空间较小,而且从上文的分析来说国内LI前对工业级3D打印机的需求量有限，受价 格的限制短期内不会有太大的市场需求增长，国内LI前也已经存在十余家，竞争已经 非常激烈，再贸然进入这种自身没有核心竞争力的领域风险很大。2.打印服务对于3 D打印服务正在兴起，因为工业级3D打印机设备成本过高，且一般企业 使用率不高，因此，很多生产企业在需要进行制造新产品模具时,更加偏向于选

22、择价格 更加低廉的3D打印代理服务，因此，成立专门的机构提供该项服务具有一定市场潜 力,实际上，在杭州、苏州等地已经出现了一些这样的企业。但同时需要考虑的是，很 多企业新产品的新型模具以及设计公司的新设计都属于商业机密，在委托打印时可 能会存在需要签署保密协议的问题。3耗材生产3 D打印最具局限性的地方要属于其耗材.3D打印机能使用的耗材有限，并且， 大部分耗材的生产技术都掌握在国外生产者的手中。例如，掌握核心3D打印机技术 的Obje t公司，前已经研究出14种基本材料,并在此基础上混搭出107种材料， 在国外，两种材料的混搭使用、上色也已经是现实。3 D打印耗材价格昂贵，例如，打印一件飞机

23、零部件,某种样品的金属粉末耗材一 斤就要卖4万元。一般的光敬树脂、金属等耗材价格高达2 0 00多元每公斤。最便 宜的ABS工程塑料耗材也要儿百元每公斤。由于3D打印机生产商所用的原料一致性太差，不同品牌的打印机设备只能使 用随机配套的耗材，第三方公司生产的耗材很难与打印机匹配。这让材料生产商很 难进入，研发成本和供货风险都很大。H前仅有极少数公司自称在研发生产与3D 打印机配套的耗材。例如，公开资料显示，国内电子级环氧树脂制造商宏吕电子在提 供3D打印机使用的液态光敬树脂耗材。另外有儿家小型材料公司在生产3D打印机用的ABS工程塑料。例如，东莞 市裕富塑胶贸易有限公司、南京印龙印刷设备销售中

24、心、深圳维示泰克技术有限公 司等公司在网络上发布信息称其可以供应ABS以及PLA材料的3 D打印耗材。根据我们的调查，现在3D打印机的耗材主要以随机配套的耗材为主，根据走 访的一些3D打印机公司人员的介绍，他们称现阶段尚未使用第三方的耗材作为打 印材料，笫三方材料使用到3D打印机上可能出现不兼容、产品误差大、无法使用 等问题。3D打印机耗材公司较少与该行业市场小、各个设备材料不统一、研发难度大、 供货风险大等等都有关联。八、总结3 D打印机是一个近期很热门的词汇，根据我们的调研,3D打印机在复杂形状产 品模型的加工方面存在很大的优势，比较适合满足个性化、定制化、复杂高难度产 品的需求。但是想要通过3D打印机进行批量生产，现阶段还受限于其成本、效率和 耗材，特别是耗材的限制导致目前3D打印机的用途还比较单一，并没有媒体炒作 的那么神奇。随着3D打印机的发展，势必会出现一些统一的标准来规范其耗材的 各项参数，但现在显然还没有。综合本组所调研的情况，我们认为U前3D打印机不 适合我公司进行投资。但是可以继续关注行业发展动向。如有机会，可以与相关机构 或企业合作介入与3D打印机相关的材料领域。