3D打印行業(yè)調研報告

1、盤固集團松海發(fā)展部3 打印行業(yè)調研報告目錄一、3打印介紹二、3打印機工作原理和打印技術工作原理3打印技術3三、3打印機優(yōu)勢及其用途四、3打印機市場五、3打印機生產廠商六、3打印行業(yè)存在的問題可供選擇的耗材過少，打印產品用途單一成本居高不下效率低下，打印時間過長 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101 / 10噺固集團投游發(fā)展部摘要:本小組經(jīng)過網(wǎng)絡調研、實地調查等方式關于 3 3 打印機基本情況、工作原理、打印技術、產品用途、市場 前3 打印機廠商、行業(yè)瓶頸、主要商業(yè)模式等內容。、3 打印介紹3

2、打印又稱快速成形技術。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，它集機械工程、CA 科學、激光技術于一身，可以直接將設計思想轉變成現(xiàn)實原型。 基本原理是“分 層制造，逐層疊加”。、3 打印機工作原理和打印技術工作原理3打印機可以根據(jù)零件的形狀，每次制作一個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。當然整個進程是在電腦控制下，由3打印機系統(tǒng)完成的。不同公司制造的 3打印機所用 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打印機工作的進程可以打一個形象的比喻：例如要制作一個塑料材

3、質的 蘋果，首先們需要的就是在電腦上做出一個 3的蘋果模型文件，然后在打印機里 面放入原料材2 / 101-1杭州銘展生產的桌面級3打印機圖1-2杭州銘展桌面級3打印機打印的模型囁盤固集團投游發(fā)展部質，接著就可以開始打印了。打印系統(tǒng)在控制的時候會從這個蘋果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，系統(tǒng)會控制激光器在這一層截面的范圍燒結原料（或擠出原料，這 根據(jù)打印機的不同而有所差別），這一層做好就做上一層，直到整個蘋果被“打印” 出來。3打印技術80 3 較成熟的有“立體光固化成型法”、“選擇性激光燒結法”、“分層實體制造法” 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，使之由點到線再由線到面順序凝固， 完成一個層面的繪圖作業(yè)，這樣層層堆疊構成一個三維的實體。該技術是最早實用 化的快速成型技術，一般采用的原料為液態(tài)光敏樹脂。這項技術主要用于制造多種 模具、模型等。該技術成形速度快，精度較高，但是由于樹脂固化進程中產生收縮， 不可避免地會產生應力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強度高的光敏材料 是其發(fā)展趨勢。優(yōu)勢：該技術是最早出現(xiàn)的快速成形制造工藝，成熟度高，經(jīng)過時間的試驗。 加工速度快，產品生產周期短，無需切削工具或模具缺陷：造價昂貴，維持成本過高，該系統(tǒng)是要關于液體進行操作的精密設備，關于 工作環(huán)境要求高。產品

5、多為樹脂類，強度，耐熱性有限，不利于長期保存。軟件系 統(tǒng)操作復雜，入門門檻較高?？偨Y：立體光固化成形法的發(fā)展趨勢是高速化，節(jié)能環(huán)保與微型化。選擇性激光燒結（SLS該技術最早由美國德克薩斯大學奧斯汀分校提出，1992 TM 公司推出該 技術的商業(yè)化生產設備，幾十年來奧斯汀分校和 TMI 公司在SLS 領域做了大量的研 究工EOS 公司在這一領域也做了很多研究工作，并且開發(fā)了相應的 系列成型設備。國內也有多家單位進行 SLS 學、西北工業(yè)大學、中北大學等。選擇性激光燒結是采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并且使燒結成型的固化 層層層疊加生成所需形狀的零件。整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時粉

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，計算機根據(jù)原型的 切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一 個層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉?？刂萍す? / 10盤固集團投資發(fā)展部束再掃描燒結新層。如此循環(huán)，直到三維零件成型。SLS燒結成型零件，關于用傳統(tǒng)切削加工方法難以制造出的高強度零件，關于快速成型 技術更廣泛的應用具有特別重要的意義。據(jù)研究人員介紹，該技術今后的發(fā)展方向 應該是單元體系金屬零件燒結，多元合金材料零件的燒結成型等。分層實體制造法（LOMLOM 又稱層疊成形，它以片材為原材料，激光切割系統(tǒng)依照計算機提取的

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外輪廓，切割完一層 后，送料機構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 的技術特點是工作可靠，成本低。缺陷是不能制造中空構建。成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙。主要用途：快速制造新產品樣件、模型等。三、3 打印機優(yōu)勢及其用途3打印行業(yè)最早應用于工業(yè)領域，隨著技術的發(fā)展，適用的制造領域范圍 不斷大。近些年來，市場規(guī)模保持著較快的增速。從3打印現(xiàn)有的技術優(yōu)勢和自身局限，以及未來的發(fā)展方向來看，這一技術在醫(yī)療、

8、航空航天、消費 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)療領域之外，3 打印技 術關于其他行業(yè)的貢獻主要集中在 產品設計和模具開發(fā) 兩個方面，隨著技術的不 斷完備，這一技術的應用將會向行業(yè)的其他環(huán)節(jié)滲透。同時，隨著 創(chuàng)客”潮流的風靡，近些年來，3 打印設備在個人消費市場的 需求急速膨脹。由于個人制造沒有傳統(tǒng)工業(yè)技術標準的約束，我們判斷，未來 仍將保持相關于較快的發(fā)展速度，存在巨大的市場潛在需求。隨著技術的不斷發(fā)展，3 打印已經(jīng)逐步應用于制造業(yè)的各個領域。從近 10 3打印設備下游應用行業(yè)的分布來看，個人消費品（以電子行業(yè)為主） 和交通運輸設備占據(jù)主要份額；同時，醫(yī)療方面的占比在持續(xù)提升

9、。而印設備在航空航天領域的應用也穩(wěn)中有升。3 打從具體用途來看，3 打印技術的應用主要集中在 模具、工具加工（主要是 產品設計中的樣件制造）和功能性設計模型上 。同時，近些年來，使用 3 打4 / 10盤固集團投海發(fā)展部印設備進行直接部件制造的比例，從最初的簡直為零，開始逐漸躍升。3 打印最突出的優(yōu)點是無需模具就能夠成型，也不需要機械加工，就能直 接從設計好的三維圖形數(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 心的一個環(huán)節(jié)就是要建模，很多高端產品能夠設計出來，最大的困難是生產不 出來。因此，3 打印意義的核心一是傳統(tǒng)生產方式不能生產制造的個性化、復 雜高難度產品，經(jīng)過 3 打印技術都能夠

10、直接制造；二是雖然傳統(tǒng)方式能夠生 產制造，但投入成本太大，周期太長，經(jīng)過3 打印技術可以實現(xiàn)快捷、方便、 縮短周期、降低成本的目的。四、3打印機市場1987年3 system公司使用立體平面印刷技術（SL）成功研發(fā)了第一臺商 用3 打印設備SLA-1。二十多年以來，3打印產業(yè)的市場規(guī)模一直保持著較 高的增速。亞制造業(yè)協(xié)會首席執(zhí)行官羅軍介紹說，2011年全球3打印市場規(guī)模在13億美元，中國囊括設備、耗材和服務在內，為3億元人民幣左右。WohlersAssociates的統(tǒng)計和預測，1993-201117.6%。20122025%-30%2019年， 65億美元。這里統(tǒng)計的產值范圍僅囊括 3 打印

11、設備，3 打印材料，以及外包的打印 服務，即3設備制作的最終零部件。如果加上衍生市場的收入：囊括3打印圖3-1ABS工程塑料打印的復雜曲面模型圖3-2ABS工程塑料耗材設備制造的中間產品，如模具；以及其他的服務，CA模型設計，設備使用教5 / 10盤固集團投資發(fā)展部學等，2011 年已接近 30 億的市場規(guī)模。根據(jù)我們關于國內幾家3打印機公司的實地調查，國內3打印機市場規(guī)模 有限。據(jù)上海福斐科技董事長助理張樂奎介紹， 2012年國內3打印機市場規(guī) 模在10億元右，該公司經(jīng)過代理國外3打印機產品實現(xiàn)年 銷售額1億元左 右，并且且張樂奎估量業(yè)級別 3打印機市場規(guī)模在最近幾年只會緩慢平穩(wěn)增 長。另一

12、家位于杭州的銘展網(wǎng)絡科技公司市場人員張經(jīng)理介紹，該公司自201111 3 3 打印機廠商雖然不多，但 競爭也十分激烈，主要還是 因為目前國內市場規(guī)模有限。五、3打印機生產廠商根據(jù)我們的調查，國內外均有公司進行 3 打印機的生產。但國外廠商生產的3 打印機主要偏向于 工業(yè)級別，而國內廠商生產的 3 打印機主要偏向于 桌面級別3 打印機主要生產商集中在美國，3 國際上比較著名的公司有：3SystemsObjet、Z-crop、Makerbot、Sratasys3 打印機可以使用的耗材、加工尺寸、加工精度、加工速度等均 優(yōu)于國內3 3 ABS 工程塑料。3 3 打印機，大多數(shù)生產廠商購買國外 3 打

13、印機部件在國內進行組裝，仿制國外的產品。國內產品在精度控制、耗材選擇 等方面與國外產品仍然有很大的差距。目前國內產品使用的主要耗材為 ABS 工程塑 料，而國外產100 m 級別，而國25 m 3 1 m 左右，超精密0.01 m 左右）但國內產品的優(yōu)勢在于成本較低關于于精度要求不高， 只需要進行產品外觀設計、產品模具驗證等需求能夠得到基本 滿足。6 / 10盤固集團投游發(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)我們關于 3 打印機行業(yè)的調查，該行業(yè)主要存在的幾大問題如下：可供選擇的耗材過少，打印產品用途單一目前國內外關于于3打印的熱捧導致某些報

14、道有點玄乎，比如能直接打印汽車、 印腎臟云云。實際上，根據(jù)我們的調查，可供3打印機使用的耗材有相當?shù)木窒扌?，目前僅僅可以使用 ABS 工程塑料、光敏樹脂、石膏粉、金屬等材料。美國、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力車，其主要動力為電力，輔以燃料乙醇，目標是成為 最綠色的汽車。可惜媒體報道時通常偏離其環(huán)保目標，而稱它為“第一輛完全經(jīng)過 3 打印制造的車”。真是這樣嗎？事實是現(xiàn)在仍無法僅經(jīng)過 3 打印的方式制造汽 車里的關鍵部件，比如電機。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隊本想用玻璃鋼制造車外殼，

15、但在關于比后選擇了FM 3打印技術。最終，他們 經(jīng)過2500小時打印，得到50個零件并且組裝出了 Urbee的外殼。由此可見，3 打印并且不意味著將車的設計文件輸入機器， 就能夠無中生有造出 一臺功能完整的車。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 打印作為生產方式來取代大規(guī)模生產不太可能。且不說 3 打印技術目前尚且不具備直接生產像汽車這樣復雜的混合材料產品，即使該技術在 未來取得長足進步，完全打印一輛車只怕要耗時好幾個月，在成本上遠遠高于大規(guī) 模生產車時均攤到每輛車上的成本。所以，關于于生產有大量剛性需求的產品來說，

16、 具有規(guī)模經(jīng)濟優(yōu)勢的大規(guī)模生產仍比重點放在個性化、可定制的越發(fā)經(jīng)濟。3 打印生產方式不過，也正因為這個原因，在某些生產規(guī)模無法達到“汽車”規(guī)模經(jīng)濟效應的 領7 / 10盤固集團投資發(fā)展部域，3打印正逐漸成為主力生產方式之一。 飛機工業(yè)就是一個典范。由于飛機產 量小，結構復雜，用傳統(tǒng)制造方式成本高昂，浪費原料，周期很長。因此，波音 公司正助3打印生產某些零件，并且已裝配到美國空軍現(xiàn)役戰(zhàn)機上；中國西北工 業(yè)大學正嘗試用“電子束熱熔”技術制造飛機用鈦合金零件；2012年度中國國家技術發(fā)明一等獎獲獎項目正是“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”。在需要高度定制化的某些醫(yī)療領域，3 3 月初，一 位

17、3 打印技術及計算機斷層掃描/料”公司的生物兼容塑料替換了自己 75%的受損顱骨。無獨有偶，美國男孩盧克因膀胱頻繁滲尿，導致腎功能受損。美國威克森林再 生醫(yī)學研究所曾用 3 打印技術為盧克定制了膀胱模子，并且使其自身細胞在模子內 發(fā)育成可發(fā)揮膀胱功能的器官。這個人造器官讓盧克避免了終生依賴透析的命運。 但這種打印技術目前還無法治成有實用價值的腎臟等結構、功能更復雜的器官，此前媒體盛傳的 3 打印腎臟還深藏在實驗室中，不能植入人體 。目前，威克森林研 究所正嘗試利用噴墨打印機原理，用細胞替代墨水，直接打印制造人體組織和器官。此外，3 打印技術還可用于博物館展品復制、個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計等領域。成本居咼不下3 打印機價格便宜，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，打印時間過長3 3 打印機進行規(guī)?；a的 時間成本也遠遠高于傳統(tǒng)的制造工藝， 因為其效率仍然處于較低的水平。Urbee 3 打印機打印，但整個打印時間長達 2500 小時，可見，3 打印機的效率問題仍然是其發(fā)展的一個瓶頸。七、3打印行業(yè)主要商業(yè)模式3 打印市場在國內主要有 3 種商業(yè)模式，第一是設備銷售，囊括國外設備代理 和國內廠商自己生產，第二是提供 3 打印服務，囊括模型設計、3 照相等服務， 第三是3 打印機配套耗材的生產。

19、設備銷售8 / 10囁盤固集團投游發(fā)展部關于于采用設備銷售的模式，國內廠商生產的 3 打印機均為桌面級別，實用性不大3 打印服務33打印機設備成本過高，且一般企業(yè) 使用率不高，因此，很多生產企業(yè)在需要進行制造新產品模具時，越發(fā) 偏向于選擇3打印代理服務，因此，成立專門的機構提供該項服務具有一定 市場會存在需要簽署保密協(xié)議的問題。耗材生產3打印最具局限性的地方要屬于其耗材，3打印機能使用的耗材有限，并且且， 大部分耗材的生產技術都掌握在國外生產者的手中。例如，掌握核心3 打印機技術的Objet公司，目前已經(jīng)研究出14種基本材料，并且在此基礎上混搭出107種材料，國外，兩種材料的混搭使用、上色也已經(jīng)是現(xiàn)實。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 機配套的耗材，第三方公司生產的耗材很難與打印機匹配。這讓材料生產商很 難進入，研發(fā)成本和供貨風險都很大。目前僅有極少數(shù)公