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d打印行业研究报告
3D打印行业研究报告
（胡彬2013-8-11）
一、何谓3D打印
3D打印机，英文“3DPrinters”，3D打印这个名称是近年来该产品针对民用市场而出现的一个新词，是通俗叫法，其实在专业领域它有其它学术名称“快速成形技术”（及“快速原型制造技术”、“增量制造技术”、“增材制造技术”）。
快速成形技术（又称快速原型制造技术RapidPrototypingManufacturing，简称RPM），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，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维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。
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，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。
RPM技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"，因此得名“3D打印机”。
3D打印机的原理：
3D打印机可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
当然，整个过程是在电脑的控制下，由3D打印机系统自动完成的。
二、3D打印的发展历程
1984年，CharlesHull开始研发3D打印技术，【1986年】，他自立门户，创办了世界上第一家3D打印技术公司，也是现在的3D市场领军者之一3DSystems公司（NYSE:
DDD），同年发布了【第一款商用3D打印机】，2012年1月，他们收购了另外两家3D打印公司Zcorp和VidarSystems；
1988年，ScottCrump发明了FDM（热熔挤制成型）技术，并于1989年成立了现在的另一家3D打印上市公司斯川塔斯Stratasys（NASDAQ:
SSYS），该公司在1992年卖出了第一台商用3D打印机。
2012年4月，Stratasys还收购了以色列的Objet公司，从而成为【全球最大】3D打印机制造商。
1989年，美国麻省理工学院的EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利，之后EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty又多次对该技术进行完善，形成了今天的三维印刷快速成型工艺。
1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。
1995年，美国ZCorp公司（后被3Dsystems收购）从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。
1996年，媒体第一次使用【3D打印】这个词来称呼当时的快速成型机，后来取代了之前的称谓，成就了现在流行的3D打印这个概念；
2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。
2008年，开源3D打印项目【RepRap】发布“Darwin”，3D打印机制造进入新纪元；同年，Objet推出Connex500，让【多材料】3D打印成为可能。
2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。
2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。
7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。
8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。
2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次打印出人造肝脏组织。
目前，美国拥有世界上３８．５％的３Ｄ打印设备，而中国所占的比例只有８．６％，有着很大的提升空间。
3D打印技术在美国已经产业化，目前全球有两家3D打印机制造巨头，分别Stratasys和3DSystems，均在美国纳斯达克上市，2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。
目前国外3D打印机制造商主要有：
商用3D打印机主要制造商包括Stratasys，ObjetGeometries,ZCorporation，3DSystems等。
家用3D打印机主要制造商有Reprap，MakerbotIndustries，Ultimaker，Botmill，Fab@Home等。
三、3D打印为什么近两年突然热起来
2012年3月19日，美国总统奥巴马在卡内基梅隆大学宣布创立美国“制造创新国家网络”计划。
由政府主导、联邦政府和工业部门共同斥资10亿美元逐步建立15个“制造创新中心”，组成创新网络。
2012年4月21日，英国《经济学人》刊文《第三次工业革命》，认为3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。
2012年8月16日，美国“国家增材制造创新中心”作为其首个“样板示范”创新中心剪彩成立。
作为新技术研究、开发、示范、转移和推广的基础平台，号称要成为增材制造技术全球卓越中心并提升美国制造全球竞争力。
至此，3D打印作为媒体和资本的新宠，风风火火地从幕后走向台前，发展如火如荼。
从飞机、汽车、枪支、巧克力、比基尼到星球再造式的沙漠打印，让越来越多的人了解到3D打印技术，开始憧憬着未来革命性的技术将对这个世界带来的影响。
四、3D打印国内外现状
1、3D打印国外现状
除了上面已提到的国外的企业/高校及产品，下面再列举一些比较知名的：
1996年，3DSystems、Stratasys、ZCorporation公司分别推出Actua2100、Genisys、Z402产品，第一次使用了“3D打印机”的称谓。
2005年，ZCroporation发布SpectrumZ510，这是世界上第一台高精度彩色3D打印机。
同一年，英国巴恩大学的AdrianBowyer发起开源3D打印机项目RepRap，其目标是制造出“自我复制机”，通过3D打印机本身，能够制造出另一台3D打印机。
2008年，第一版RepRap发布，代号“Darwin”，能够打印自身50%的元件，体积仅一个箱子大小。
1）、国外知名3D打印企业及机构产品介绍
德国EOS公司的金属粉末烧结机-EOS
EOSINTM270金属激光烧结系统，该设备采用EOS公司研发的DMLS技术（DirectMetalLaser-Sintering）进行金属件制作。
EOSINTM270激光烧结系统采用的是Yb-fibre激光发射器，具有高效能、长寿命等特点。
精准的光学系统能够保证模型的表面光滑度和准确度。
氮气发生装置以及空压系统则使设备的使用更加安全。
技术参数：
最大成型尺寸250mm×250mm×215mm；建造速度2-30mm3/秒；层厚20-100微米；激光发射器类型Yb-fibre激光发射器200W；光学系统F-theta-lens；扫描速度最高速度为7m/秒；支撑结构无；电源220V，32A或380V，16A；最大功率5500W；氮发生装置标准；压缩空气支持7bar，20m3/小时；产品尺寸2000mm×1050mm×1940mm；建议安装空间3500mm×3600mm×2500mm；重量1130kg；数据处理PCWindows操作系统；软件EOSRPTools.MagicsRP（Materialise）；CAD接口STL或其他可转换的格式；网络以太网；产品认证CE，NFPA；可使用材料不锈钢材料钴铬钼合金MP1钴铬钼合金SP1马氏体钢钛合金纯钛超级合金IN718铝合金。
美国3DSYSTEMS公司
这款sPro250SLM商用型金属3D打印机为目前比较先进的制造系统，能够提供长达为320毫米（12.6英寸）的高工艺金属零件，具有出色的表面光洁度、精细的功能性细节与严格的公差。
可以选择广泛范围的金属合金使用，包括铝和钛。
sPro250SLM商用型金属3D打印机的应用领域包括产品质量原型的功能测试，具有有机或高度复杂的几何形状。
快速小批量制造金属部件的其他应用范例包括：
定制医疗植入物、轻量级航空航天和赛车部件、高效散热片、带有随形冷却管道的注塑模具镶件，以及牙帽、牙冠和牙桥。
SLM工艺使用高功率激光逐层熔化直接来自CAD数据的金属细粉末，以创建功能性金属部件。
每一层操作完后重新喷粉机系统将堆积厚度范围从20到100微米的一个新粉末层。
SLM系统采用市售的气体雾化金属粉末产生完全致密的金属零件，包括不锈钢、钛、钴铬合金及工具钢的材料。
这些系统在设计伊始均考虑到工具库或工人的需求，带有一个简单的触摸屏用户界面，便于管理粉末处理系统，结构坚固。
只需选择满足客户特定应用需求的一种围护结构与材料。
3D打印技术在美国已经产业化，目前有两家3D打印机制造巨头，分别是Stratasys（开发制订行业标准技术之一FDM）和3DSystems（3D打印技术的创始者），均在美国纳斯达克上市，2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。
2011年3D打印市场规模17.1亿美元。
不过，这一数字仅占全球制造市场的0.02%。
以色列objet公司
Objet是快速成型和快速制造的光固化技术先锋，开发者，生产商及高精度，高分辨率三维打印方案的全球市场推广者。
Objet系统都是基于经过市场证明的自身专利技术的光敏树脂喷射技术，使得极为复杂的三维部件都可以以高品质，高精度和高速度打印出来。
Polyjet的打印头类似于行式打印机，沿着X轴前后滑动，在成型室里铺上一层超薄的光敏树脂。
每铺完一层后，喷头架边上的紫外光球立即发射紫外光，快速固化和硬化每层光敏树脂。
这一步骤减少了使用其他技术所需的后处理过程。
每打印完一层，机器内部的成型底盘就会极为精确地下沉，而喷头继续一层一层地工作，直到原型件完成。
精密的工具软件保证了所有的喷头能协调运作，能同步地往底盘上喷射等量的材料。
这就产生了特别平坦和光滑的表面。
成型时使用了两种不同的光敏树脂材料：
一种是用来成型实体部件的成型材料，另一种类胶体的用来支撑部件的支撑材料。
支撑结构的骨架先提前预排好程序用来配合复杂的成型件（如空腔，悬垂，底切，薄壁的截面）。
成型完成后，只用一个水喷头就可以轻易地移除支撑材料，留下光滑的表面。
南非科工研究理事会国家激光中心
该中心研究人员在激光添加制造技术（AdditiveManufacturing），一种最新的快速成型制造技术上取得突破。
该项技术的概念试验论证显示，其生产速度是现有的可商业化的选择性激光烧结技术的8.3倍。
目前，利用该技术可以生产不超过500毫米的小尺寸部件，而当日揭牌的Aeroswift项目将致力于制造2mx0.5m的大尺寸部件。
这将有助于南非航空制造公司Aerosud在三年内跻身世界航空结构件制造的先进行列。
南非科工研究理事会与Aerosud公司共同承担了南非科技部资助的Aeroswift项目，旨在开发制造速度快批量大的激光添加快速成型技术，为全球航天业制造金属钛部件。
Aeroswift项目的关键是5千瓦IPG单光纤激光二极管发生器，它是激光添加制造技术的核心。
国家激光中心希望在2012年底、2013年初完成该项技术设备的安装与测试工作，之后将其拆分，运至Centurion的航天谷，在那里重新组装并投入生产。
南非Aerosud公司总经理在谈到其发展目标时表示，2013年该技术将在试验厂投入使用，然后再用一至两年时间进行实际开发并获得生产资质，2015年实现与全球航空公司合作，为其提供小批量、高附加值、复杂的钛金属部件。
2）、国外3D打印案例
2010年3月，一位名为恩里科•迪尼（EnricoDini）的发明家设计出了一种神奇的3D打印机，它甚至可以“打印”出一幢完整的建筑。
据恩里科•迪尼介绍，这种打印机的原料主要是沙子。
当打印机开始工作时，它的上千个喷嘴中会同时喷出沙子和一种镁基胶。
这种特制的胶水会将沙子粘成像岩石一样坚固的固体，并形成特定的形状，然后只需要按照预先设定的形状一层层喷上这种材料，最终就可以“打印”一个完整的雕塑或者教堂建筑。
美国南加州大学BehrokhKhoshnevis教授预计，截至2050年，使用石灰、水泥为耗材的“3D打印房子”将实现，20小时内就能打印出一套房子，住5~10年都没有问题。
意大利设计师MarcoGiubelli使用三维打印机，帮助客户打印出了一个90米长大坝的3D模型，展示大坝建成后的样子。
2011年，世界上首款应用3D打印技术的汽车“Urbee”在经过15年的艰苦研制后在加拿大亮相，这辆名为“Urbee”的汽车包括玻璃嵌板在内的所有外部组件都是通过大型3D打印设备生产。
2012年8月，世界上第一辆3D打印赛车“阿里翁”，在德国霍根海姆赛道完成测试，最高时速达141公里。
从设计到打印，“阿里翁”车身的出炉仅用时3周，所使用的3D打印机，能打印最大尺寸达到210×68×80厘米的零部件。
威斯康星州工程师、业余枪械师迈克尔•格斯林克（MichaelGuslick）日前使用Stratasys3D打印机以及从网络上下载的设计图，成功打印出了AR-15步枪的下机匣，并把它变成了一支枪。
迈克尔不是使用打印机来打印整只枪，步枪的其他部分，则是利用标准部件组装而成。
迈克尔提供了一个早期步枪模型的图片，展示了一个打印的热塑下机匣，以及购买的金属上枪匣、枪管、枪柄和弹盒等。
当然，迈克尔也没有制作弹药。
但随着低端打印机可以打印金属和陶瓷材料，可能有一天，人们可以打印出一把完整的枪。
一款枪械的设计蓝图，发布在网络上供人任意下载，你使用家庭自备的机器就可以把枪的所有零件制造出来——这是2012年8月在网络上发起的“维基武器”项目，发起者希望把制枪变成一种家庭作坊式的工作，而这一切都赖以一项名为“3D打印”的技术。
首款“3D打印小飞机”SULSA已于2011年在英国成功试飞。
据悉，这架由英国南安普敦大学工程师制造的世界上第一架“3D打印”小型无人驾驶飞机，包括2米长的机翼、整体控制面和舱门均是打印而成，可以在几分钟内不使用任何工具就组装完毕。
美国《福布斯》杂志报道称，空客公司的机舱设计师近日宣称将从打印飞机的小部件开始，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。
今年年底A380客舱将首次使用3D打印机生产的行李架；预计2050年左右，空客将利用3D打印机造出整架飞机的所有零件。
据称，其打印机的体型可与飞机库大小比肩，打印技术制造的飞机重量将比传统型减轻65%。
几乎在同时，波音公司也宣告未来有能力利用3D打印技术，不使用任何金属即可打造一块完整的飞机机翼。
医疗行业也已利用3D打印机进行手术用骨骼部件的打印。
据英国广播公司（BBC）网站2012年2月6日报道，2011年6月，荷兰一位颚骨感染的83岁老人成功安装3D打印机使用MRI数据打印的定制下巴植入物。
比利时哈塞尔特大学宣布，比利时和荷兰的科学家利用三维（3D）打印技术制成了首个完整的钛基下颚，并成功将其移植给了一位83岁的老妇，这表明精准的3D打印技术可用于人体骨骼和器官的移植。
科研人员通过核磁共振成像（MRI）获取了病患下颚的准确形状，并利用激光烧结3D打印机融化钛微粒，使其一层层融合，直至重塑出病患下颚的模型，却无需使用任何黏合剂。
这种名为“附加生产”的技术利用高精度激光束，连续熔化很薄的钛金属粉末来制造器官。
每层钛粉末都与上一层的截面黏合。
1毫米厚度需要熔化33层钛金属粉末，而制造整个下颚则需要熔化数千层钛粉末。
其外面也覆盖了与生物相容的陶瓷层，以便它附着于患者的面部。
与传统的制造方法相比，3D打印技术使用的材料更少，生产时间也更短。
此前最大规模的3D打印移植是2008年于芬兰实施的半个上颌骨移植，科学家通过将3D打印的钛微粒融入干细胞中，并植入病患的腹部才培养出了与生物兼容的组织。
比利时3D打印公司Layerwise的总经理彼得・莫瑟里斯也表示，这仅仅是个开始，“附加生产”技术可使LayerWise生产出更复杂的、符合病人需求的器官或移植物，在未来应用于更广范围的移植手术，而不仅限于人类骨骼结构的移植。
德国夫琅禾费界面工程与生物工程研究所研究人员说，他们正在开发用立体打印机打印血管的新技术。
利用3D打印和多光子聚合技术成功“打印”出了人造血管。
3D打印版的假肢已帮助3万名病人正常行走，1000万人正使用3D打印技术扫描患者耳朵轮廓后量身定做的助听器，牙医业扫描病患的每颗牙齿并使用3D打印机制造透明的隐性矫治牙箍。
实际应用中，3D打印机的耗材还并不是很丰富，但应用骨粉、细胞介质和生物墨水作为耗材的3D打印技术也已被研发出来，然而距离大规模的生产还有待时日。
但这些耗材竟然可以“打印”出人体的骨骼、器官甚至是鲜肉，真真让人惊叹。
“骨骼打印机”产生的人造骨骼，除了精确仿真破损的骨骼区块，植入人体以后还能帮助受损的骨骼修补愈合，甚至能促使血管再生，作用类似桥梁。
3D打印做成的鲜肉特别有弹性，而且烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉，就连肉里的微细血管都能打印出来。
人们吃到“3D肉”的日子不会太远，因为美国泰尔基金会近日已投资成立了“鲜肉3D打印技术公司”，希望能够为大众提供安全放心的猪肉产品。
今年7月，英国《每日邮报》报道称，美国宾夕法尼亚大学宣布用改进的3D打印技术打印出了鲜肉，这种利用糖、蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉类相似的口感和纹理，就连肉里的微细血管都能打印出来。
英国研究人员也研制出一种能打印塑料或金属材质物体的立体打印机。
这种打印机可以安装在商店里，让顾客打印自己设计的首饰甚至衣服和鞋子。
法国学生卢克•富萨罗日前设计了一款高科技跑鞋。
这款名为“为冠军设计”的跑鞋通过“附加制造技术”打造而成，材料主要是尼龙聚酰胺，重量只有96克，堪称全世界最轻的跑鞋。
附加制造技术又称“3D立体打印技术”或者“激光快速成型技术”。
荷兰时尚设计师IrisvanHerpen发布了他用3D打印机制作的锦纶立体服装。
美国康奈尔大学研究人员研制出一种食物打印机，使用奶酪、巧克力、蛋糕糊等特殊“墨水”。
可以制作出饼干、苹果派等多种食物。
德国小提琴制作公司用3D打印技术制作出了一把斯特拉迪瓦里小提琴的复制品。
纽约一家利用3D技术生产消费品的公司Quirky拥有20万的注册用户，他们在线搜集用户的创意，产品设计图纸，用3D打印机以最快的速度成型，设计者常从一个创意就获得不少的收入，有的用户一年能赚几万美元。
美国加利福尼亚州的LegacyEffect公司，利用Objet3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型，为演员量身定制可以完全适合演员的脸、颈部和头部的道具，在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。
日本一家公司推出了面向个人的“Baby复原服务”，只需提供婴儿在母亲肚子里的X光照片，他们便可以复原成三维图像后，打印出一个肚子里的婴儿模型作为纪念。
2、3D打印国内现状
中国从1994年开始研究3D打印，北京隆源公司于1995年成功研发了一台AFS激光快速成型机，随后华中科技大学也研制出了SLS快速成型机。
中国3D打印技术产业联盟
由亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的中国3D打印技术产业联盟正式宣告成立：
2012年10月15日下午，由亚洲制造业协会组织召开的中国3D打印技术研讨会在北京国际饭店举行，与会专家学者和企业家分别就“3D打印技术的现状与前景展望”、“3D打印技术与传统制造业结合”，“我国3D打印技术与国际差距”，“3D打印技术的技术障碍和应用”等议题展开深入研讨。
在研讨会上，通过了《中国3D打印技术产业联盟章程》，选举产生了组织机构，北京航空航天大学材料学院王华明教授被推举为首任理事长，华中科技大学史玉升教授被推举为第一副理事长，亚洲制造业协会CEO罗军，湖南华曙高科有限公司总裁许小曙，南京紫金立德电子有限公司总裁连宁被推举为副理事长，清华大学颜永年教授被推举为首席顾问，武汉滨湖机电科技公司、中航激光公司、无锡飞而康快速制造公司，杭州铭展网络公司、昆山永年先进制造公司、以色列objet公司被推举为创始会员。
与会专家一致认为，3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，已经广泛应用到航空航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造，是传统制造技术与新材料的完美结合。
当前，我国在3D打印技术的核心领域已经与美国3D公司，以色列objet公司等国际巨头基本处于同一水平。
但是，在材料和软件开发，装备等方面，还有一定的差距。
据了解，国内快速成型系统的科研团队主要包括清华大学颜永年团队、华中科技大学史玉升研究团队、西安交通大学卢秉恒团队，及北京航空航天大学王华明团队等。
北京航空航天大学
北京航空航天大学材料学院王华明教授是国内激光成型技术的领军人物。
王华明教授：
航空材料与结构研究部“首席科学家”，国内激光制造的学术带头人，“北航团队”领头人，在钛合金结构激光快速成型工艺、成套工艺装备及工程化的研究方面有十多年的研究经验。
从媒体报道及学术文章看，王教授提出“激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料”研究新领域，研制出迄今世界最大、拥有核心关键技术的飞机大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形工程化成套装备，制造出中国最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件，并通过装机评审。
我国成为目前世界上唯一掌握飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术并实现装机应用的国家。
王教授论文主要集中在激光加工航空部件领域，研究主要集中在工艺和材料上（目前研究方向为“定向生长柱晶钛合金激光区域约束熔铸冶金材料制备与发动机叶片等复杂零件激光直接成型新技术”等。
但由于技术的相通性，其成果也可以应用于其它大型金属结构件）。
在该领域的研究领先全球，具备产业化基础。
北航与沈飞601所研制出全世界最大的激光成型钛合金主承力结构件：
在解决激光成形过程中零件严重“变形开裂”和内部缺陷和内部组织”控制等长期制约该技术发展的重大“瓶颈难题”上,除北京航空航天大学取得了可喜突破外,国内外迄今一直未能取得实质性进展,致使目前大型金属构件激光快速成形技术研究在国际上落入“低潮”,国际上大部分从事激光快速成形技术研究的单位大多转向零件“激光修复”领域。
南风股份
2012年8月25日，南风股份公告决定投资“重型金属构件电熔精密成型技术产业化项目”。
据披露，这种技术广义的说法就是国际上流行的3D打印技术，以金属粉末、丝材为原料，通过高能束熔化沉积“直接生长”，从CAD模型完成高性能重大型金属构件成型。
项目总投资为1.7亿元，内容包括重型金属构件电熔精密成型技术的研发、工程化装备的研制以及产业化的实施，应用前景在核电、火电、水电、冶金、化工、船舶等行业高端重型装备制造等领域。
所需资金由控股51%的子公司南方风机研究所自筹。
而南方风机研究所的二股东、持股31%的王华明可谓该3D打印领域国内最权威的专家之一，王华明现任北京航空航天大学材料科学与工程学院教授、博士生导师、“北京市大型关键金属构件激光直接制造工程技术研究中心”主任、“大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心”主任。
银邦股份
银邦股份亦是同样在借力的淘金者。
2012年8月15日，银邦股份与无锡安迪利捷贸易有限公司签订框架协议，合资成立飞而康快速制造科技有限责任公司，新公司主营业务暂定为高密度、高精度粉末冶金零件、各类新材料与复杂部件的研发、生产、销售。
其中主营业务中有部分产品涉及激光快速成型技术，该技术是
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