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1、3D 打印行业调研报告名目一、3D 打印介绍2二、3D 打印机工作原理和打印技术21. 工作原理22. 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71. 可供选择的耗材过少，打印产品用途单一72. 本钱居高不下83. 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101 / 10摘要：本小组通过网络调研、实地调查等方式对 3D 打印行业进展了调研，现形成该报告，主要内容包括 3D 打印机根本状况、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、3
2、D 打印介绍3D 打印又称快速成形技术。诞生于 20 世纪 80 年月后期，是基于材料积存法的一种高制造技术，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。根本原理是“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 打印机可以依据零件的外形，每次制作一个具有肯定微小厚度和特定外形的截面，然后再把他们逐层的“粘”起来。固然整个过程是在电脑掌握下，由3D 打印机系统完成的。不同公司制造的 3D 打印机所
3、用 的成型材料一般不同，系统的工作原理也有所区分，但其根本原理都是一样的，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方：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，接着就可以开头打印了。打印系统在掌握的时候会从这个苹果3D 模型底部开头切成很多片，也就是上面说到的截面，一般最先开头制作的是底面的2 / 10那一层，这时，系统会掌握激光器在这一层截面的范围烧结原料或挤出原料，这依据打印机的不同而有所差异，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 8
4、0 年月 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外表，使之由点到线再由线到面挨次凝固， 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。该技术是最早有用 化的快速成型技术，一般承受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， 不行避开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 是其进展趋势。优势：该技术是最早消灭的快速成形制造工艺
5、，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，维护本钱过高，该系统是要对液体进展操作的周密设备，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。软件系统操作简单，入门门槛较高。总结：立体光固化成形法的进展趋势是高速化，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 领域做了大量的争论工作，同时，德国的 EOS 公司在这一领域也做了很多争论工作，并开发了相应的系列成型设备。国内也有多家单位
6、进展 SLS 的相关争论工作，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。选择性激光烧结是承受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外形的零件。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，计算机依据原型的切片模型掌握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，铺粉系统铺上粉。掌握激光3 / 10束再扫描烧结层。如此循环，直到三维零件成型。总结：金属粉末 SLS 技术是近年来人们争论的一个热点。实现使用高熔点金属直接烧结成型零件，对用传统
7、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。据争论人员介绍，该技术今后的进展方向应当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LOMLOM 又称层叠成形，它以片材为原材料，激光切割系统依据计算机提取的横截面轮廓线数据，将反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，然后再进展切割，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 的技术特点是工作牢靠，本钱低。缺点是不能制造中空构建。成形材料：涂敷
8、有热敏胶的纤维纸。主要用途：快速制造产品样件、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，随着技术的进展，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，以及将来的进展方始终看，这一技术在医疗、航空航天、消费电子和汽车行业的进展前景较为宽阔。现阶段，除了医疗领域之外，3D 打印技术对其他行业的奉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”潮流的风行，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
9、，我们推断，将来仍将保持相对较快的进展速度，存在巨大的市场潜在需求。随着技术的不断进展， 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4 / 10印设备进展直接部件制造的比例，从最初的几乎为零，开头渐渐跃升。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
10、从设计好的三维图形数据中打印出任何外形的物体。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共性化、简单高难度产品，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，但投入本钱太大，周期太长，通过3D 打印技术可以实现快捷、便利、缩短周期、降低本钱的目的。图 3-1 ABS 工程塑料打印的简单曲面模型图 3-2 ABS 工程塑料耗材四、3D 打印机市场1987 年 3D system 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，
11、3D 打印产业的市场规模始终保持着较高的增速。亚洲制造业协会首席执行官罗军介绍说，2023 年全球 3D 打印市场规模在 13 亿美元，中国包括设备、耗材和效劳在内，为 3 亿元人民币左右。依据著名询问公司 Wohlers Associates 的统计和推测，1993-2023 年行业产值复合增速为 17.6%。2023 年，估量市场规模超过 20 亿美元，年增速在 25%-30%。到 2023 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，以及外包的打印效劳，即3D 设备制作的最终零部件。假设加上衍生市场的收入：包括3D 打印设备制造的中间产品，
12、如模具；以及其他的效劳，CAD 模型设计，设备使用教学等，2023 年已接近 30 亿的市场规模。5 / 10依据我们对国内几家 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，2023 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，并且张乐奎估量工业级别 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2023 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
13、厂商虽然不多，但竞争也格外剧烈，主要还是由于目前国内市场规模有限。五、3D 打印机生产厂商依据我们的调查，国内外均有公司进展 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把握在美国手中。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 3
14、D 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，大多数生产厂商购置国外3D 打印机部件在国内进展组装，仿制国外的产品。国内产品在精度掌握、耗材选择等方面与国外产品仍旧有很大的差距。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 100 m 级别，而国外产品可以将精度掌握到 25m 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 1m 左右，超周密加工机床 0.01m 左右。但国内产品的优势在于本钱较低， 对于精度要求不高，
15、只需要进展产品外观设计、产品模具验证等需求能够得到根本满足。6 / 10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依据我们对 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，比方能直接打印汽车、打印肾脏云云。实际上，依据我们的调查，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，
16、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。惋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，比方电机。这辆车全身上下唯一用 3D 打印来制造的局部只有外壳而已。Urbee 团队本想用玻璃钢制造车外壳，但在比照后选择了 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。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FDM 3D 打印技术
17、加速开发型方向盘和仪外表板。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简单的混合材料产品，即使该技术在将来取得长足进步，完全打印一辆车只怕要耗时好几个月，在本钱上远远高于大规模生产车时均摊到每辆车上的本钱。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共性化、可定制的 3D 打印生产方式更加经济。7 / 10不过，也正由于这个缘由，在某些生产规模无法到达“汽车”规模经济效应的领域，3D 打印正渐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，构造简单，用传统制造方式本
18、钱昂扬，铺张原料，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；2023 年度中国国家技术制造一等奖获奖工程正是“飞机钛合金大型简单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争论所曾用 3D 打印技术为卢克定制了膀胱模子，并使其自
19、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开了终生依靠透析的命运。但这种打印技术目前还无法制成有有用价值的肾脏等构造、功能更简单的器官， 此前媒体盛传的 3D 打印肾脏还深藏在试验室中，不能植入人体。目前，威克森林争论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、共性化玩具及首饰定制等等需要准确仿造或异想天开的设计等领域。2. 本钱居高不下虽然国产桌面级 3D 打印机价格廉价，在几千至几万元不等，但是受本钱和耗材的限制，其打印后的产品粗糙，所以只能用于外形设计，不能进展批量生产使用。假设要对产品进展批量生
20、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，本钱居高不下，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 打印机设备的高额本钱，使用 3D 打印机进展规模化生产的时间本钱也远远高于传统的制造工艺，由于其效率仍旧处于较低的水平。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旧是其进展的一个瓶颈。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，其次是供给 3D 打印效劳，包括模型设计、3D 照相等效劳，
21、第三是 3D 打印机配套耗材的生产。8 / 101. 设备销售对于承受设备销售的模式，国内厂商生产的 3D 打印机均为桌面级别，有用性不大，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，竞争已经格外剧烈，再贸然进入这种自身没有核心竞争力的领域风险很大。2. 打印效劳对于 3D 打印效劳正在兴起，由于工业级 3D 打印机设备本钱过高，且一般企业使用率不高，因此，很多生产企业在需要进展制造产品模具时，更加偏向于选择价格更加低廉的 3
22、D 打印代理效劳，因此，成立特地的机构供给当项效劳具有肯定市场潜力，实际上，在杭州、苏州等地已经消灭了一些这样的企业。但同时需要考虑的是，很多企业产品的型模具以及设计公司的设计都属于商业机密，在托付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， 大局部耗材的生产技术都把握在国外生产者的手中。例如，把握核心 3D 打印机技术的 Objet 公司，目前已经争论出 14 种根本材料，并在此根底上混搭出 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
23、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 2023 多元每公斤。最廉价的 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全都性太差，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，研发本钱和供货风险都很大。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供给 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、南京印龙印刷设备销售中心、
24、深圳维示泰克技术等公司在网络上公布信息称其可以供给 ABS 以及 PLA 材料的 3D 打印耗材。依据我们的调查，现在 3D 打印机的耗材主要以随机配套的耗材为主，依据走访的一些 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 打印机上可能消灭不兼容、产品误差大、无法使用9 / 10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，依据我们的调研，3D 打印机在简单外形产品模型的加工方面存在很大的优势，比较适合满足共性化、定制化、简单高难度产品的需求。但是想要通过 3D 打印机进展批量生产，现阶段还受限于其本钱、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奇特。随着 3D 打印机的进展，势必会消灭一些统一的标准来标准其耗材的各项参数，但现在明显还没有。综合本组所调研的状况，我们认为目前 3D 打印机不适合我公司进展投资。但是可以连续关注行业进展动向。如有时机，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。10 / 10