3D打印行业调研报告.doc
《3D打印行业调研报告.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3D打印行业调研报告.doc（10页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3D打印行业调研报告
目录
一、3D打印介绍 2
二、3D打印机工作原理和打印技术 2
1.工作原理 2
2.3D打印技术 3
三、3D打印机优势及其用途 4
四、3D打印机市场 5
五、3D打印机生产厂商 6
六、3D打印行业存在的问题 7
1.可供选择的耗材过少，打印产品用途单一 7
2.成本居高不下 8
3.效率低下，打印时间过长 8
七、3D打印行业主要商业模式 8
八、总结 10
摘要：
本小组通过网络调研、实地调查等方式对3D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打印又称快速成形技术。
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1-1杭州铭展生产的桌面级3D打印机图1-2杭州铭展桌面级3D打印机打印的模型
二、3D打印机工作原理和打印技术
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，由3D打印机系统完成的。
不同公司制造的3D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围烧结原料（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，已经有十几种不同的打印技术，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，使之由点到线再由线到面顺序凝固，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敏树脂。
这项技术主要用于制造多种模具、模型等。
该技术成形速度快，精度较高，但是由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、强度高的光敏材料是其发展趋势。
优势：
该技术是最早出现的快速成形制造工艺，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，1992年美国DTM公司推出该技术的商业化生产设备，几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。
整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞上升，由铺粉辊将粉末在成型缸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，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又称层叠成形，它以片材为原材料，激光切割系统按照计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。
LOM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：
涂敷有热敏胶的纤维纸。
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。
由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，3D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，从最初的几乎为零，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计出来，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3-1ABS工程塑料打印的复杂曲面模型图3-2ABS工程塑料耗材
四、3D打印机市场
1987年3Dsystem公司使用立体平面印刷技术（SL）成功研发了第一台商用3D打印设备SLA-1。
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，2011年全球3D打印市场规模在13亿美元，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WohlersAssociates的统计和预测，1993-2011年行业产值复合增速为17.6%。
2012年，预计市场规模超过20亿美元，年增速在25%-30%。
到2019年，行业产值将突破65亿美元。
这里统计的产值范围仅包括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，2011年已接近30亿的市场规模。
根据我们对国内几家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奎介绍，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，并且张乐奎估计工业级别3D打印机市场规模在最近几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，到目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。
五、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3D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：
3DSystems、Objet、Z-crop、Makerbot、Sratasys等。
这些公司生产的3D打印机可以使用的耗材、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3D打印机，大多数生产厂商购买国外3D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。
目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敏树脂、石膏粉、金属等各种耗材。
国内产品的精度为100μm级别，而国外产品可以将精度控制到25μm级别。
国产3D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（国内传统车床的加工精度在1μm左右，超精密加工机床0.01μm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光敏树脂材料打印的模型图5-2金属材料打印的模型
六、3D打印行业存在的问题
根据我们对3D打印机行业的调查，该行业主要存在的几大问题如下：
1.可供选择的耗材过少，打印产品用途单一
目前国内外对于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、光敏树脂、石膏粉、金属等材料。
美国、加拿大公司联合研制的所谓“3D打印车”Urbee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，目标是成为最绿色的汽车。
可惜媒体报道时通常偏离其环保目标，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FDM3D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。
由此可见，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完整的车。
就连宝马、现代等传统车商，迄今也刚刚做到用FDM3D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打印技术目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几个月，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75%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。
目前，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，在几千至几万元不等，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工业级打印机，这些设备高达几十万至几百万元人民币，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2500小时，可见，3D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目前对工业级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，国内目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3D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
3D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Objet公司，目前已经研究出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。
3D打印耗材价格昂贵，例如，打印一件飞机零部件，某种样品的金属粉末耗材一斤就要卖4万元。
一般的光敏树脂、金属等耗材价格高达2000多元每公斤。
最便宜的ABS工程塑料耗材也要几百元每公斤。
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。
目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昌电子在提供3D打印机使用的液态光敏树脂耗材。
另外有几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3D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，第三方材料使用到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
3D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，我们认为目前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。
9/10
升级会员 