3D打印技術(shù)可行性分析

.,3D打印技術(shù)行業(yè),.,目錄,行業(yè)基本概況,3D打印國家政策法規(guī),市場(chǎng)分析,行業(yè)典型企業(yè)分析,3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,1.1概念1.2原理技術(shù)1.3與傳統(tǒng)企業(yè)相比特點(diǎn)1.43D打印優(yōu)勢(shì)1.5主要技術(shù)方法,2.1國家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃2.2國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（20152016年）,3.1生物醫(yī)學(xué)3.2工業(yè)領(lǐng)域3.3建筑業(yè)3.4消費(fèi)領(lǐng)域,4.1國內(nèi)外市場(chǎng)分析4.2產(chǎn)業(yè)鏈分析4.3市場(chǎng)主要挑戰(zhàn)4.4未來發(fā)展趨勢(shì),5.1國際3D打印行業(yè)巨頭5.2國內(nèi)3D打印行業(yè)典型企業(yè)分析,.,行業(yè)基本概況,.,1.1.概念,3D打印技術(shù)，即快速成型（RP，RapidPrototyping）技術(shù)，是一種新型制造技術(shù)，與傳統(tǒng)的切削加工不同，RP技術(shù)采用逐層材料累加法加工實(shí)體模型，故也稱為增材技術(shù)制造（AM，AdditiveManufacturing，也作MIM，MaterialIncreaseManufacturing）或分層制造技術(shù)（LMT，LayeredManufacturingTechnology）。3D打印技術(shù)以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。,.,1.2.原理技術(shù),日常生活中使用的普通打印機(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個(gè)機(jī)器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。,.,1.2.原理技術(shù),圖1-3D打印流程圖,圖2-堆積成型原理圖,.,1.3.與傳統(tǒng)制造業(yè)相比特點(diǎn),.,1.4.3D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì),.,1.5.主要技術(shù)方法,3D打印設(shè)備經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)形成多種技術(shù)路線，若按照材料來分主要分為兩類，一類金屬材料增材制造工藝技術(shù)，包括激光選區(qū)融化(SLM)、激光近凈成形（LENS）、電子束選區(qū)熔化（EBSM）、電子束熔絲沉（EBDM）等；第二類是非金屬材料增材制造工藝技術(shù)，包括光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）、三維立體打?。?DP）、材料噴射成型等。,.,1.5.主要技術(shù)方法,SLA光固化快速成形SLA，又稱立體光刻、光成形等，是一種采用激光束逐點(diǎn)掃描液態(tài)光敏樹脂使之固化的RP成形工藝。,設(shè)備廠家：FormlabsOldWorldLabsASIGA3DSystemsStratasysVoxeljet日本CMET公司以色列Cubital公司,應(yīng)用：對(duì)樣品形狀及尺寸進(jìn)行直觀分析,.,1.5.主要技術(shù)方法,FDM溶融沉積成型FDM工藝由美國工程師ScottCrump于1988年研制成功，一般是熱塑性材料，以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)。,設(shè)備產(chǎn)家：StratasysMakerbot太爾時(shí)代SolidoodleUltimaker3DSystemsBotObjects,應(yīng)用實(shí)例：,.,1.5.主要技術(shù)方法,LENS激光溶覆快速制造技術(shù)，或激光近形制造技術(shù)=激光溶覆技術(shù)+快速原型技術(shù)，是由美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的DavidKeicher發(fā)明的。1999年，LENS獲得了美國工業(yè)界“最富創(chuàng)造力的25項(xiàng)技術(shù)”之一的稱號(hào)。,設(shè)備產(chǎn)家：美國Stratasys公司清華大學(xué),應(yīng)用：渦輪動(dòng)力設(shè)備修復(fù)和改造高載荷、低轉(zhuǎn)速、高精度、高合金零部件的修復(fù)和強(qiáng)化汽車覆蓋件大型模具激光修復(fù)與強(qiáng)化礦山機(jī)械零件的激光強(qiáng)化與修復(fù),.,1.5.主要技術(shù)方法,3DP3DP是美國麻省理工學(xué)院EmanualSachs等人研制的。E.M.Sschs于1989年申請(qǐng)了3DP專利，該專利是非成形材料微滴噴射成形范疇的核心專利之一。3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。,設(shè)備產(chǎn)家：Zcorporation公司EX-ONE公司,.,3D打印行業(yè)國家政策法規(guī),.,.,.,3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,.,3D打印已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、軍事、建筑、影視、家電輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用汽車、航空航天、機(jī)械工業(yè)、電子消費(fèi)品和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。,圖2012年、2014年全球3D打印應(yīng)用情況,資料來源：WohlersReport,.,由于3D打印具有個(gè)性化特點(diǎn)，醫(yī)療應(yīng)用是目前最受關(guān)注的下游行業(yè)，具體包括細(xì)胞打印，組織工程支架和植入物，假體，手術(shù)器械，牙科等。,細(xì)胞打印組織工程支架3D打印植入物3D打印人工耳蝸,3D打印假肢烤瓷牙醫(yī)用假體眼球醫(yī)療模型,.,在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)可以打印出汽車、航天等需要的零件，有效地規(guī)避了傳統(tǒng)零部件研測(cè)高投入和長(zhǎng)耗時(shí)的弊端。如汽車制造前期的零部件研發(fā)測(cè)試階段，只是一個(gè)小批量生產(chǎn)過程，3D打印有著縮短開發(fā)周期、降低研發(fā)成本的快速成型要求，以便能夠及時(shí)對(duì)關(guān)鍵的零部件進(jìn)行可行性測(cè)驗(yàn)和調(diào)整，3D打印以一種成本有效的方式規(guī)避了傳統(tǒng)零部件研測(cè)高投入和長(zhǎng)耗時(shí)的弊端。,3D打印汽車零部件3D打印汽車3D打印火箭噴射器的測(cè)試,.,建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美，完全合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。打印建筑所使用的原理與一般的3D打印機(jī)基本相同，不過原料卻換成了水泥和玻璃纖維的混合物，而這種特殊的建筑材料還可回收利用，大大減輕了建筑廢料造成的環(huán)境壓力。,3D打印建筑物3D打印別墅,.,隨著桌面級(jí)3D打印機(jī)的銷售量持續(xù)增長(zhǎng)，許多小工具（如凳子、扳手、剪刀、椅子、臺(tái)燈等線條簡(jiǎn)單的工具）、小玩具（模型或者任務(wù)玩偶等）甚至小零食都可以由3D打印機(jī)打印出來。,3D打印首飾3D打印臺(tái)燈3D打印玩具,.,市場(chǎng)分析,.,3D打印技術(shù)誕生于上世紀(jì)80年代的美國，此后馬上出現(xiàn)第一波小高潮，美國很快涌現(xiàn)出多家3D打印公司:1984年，CharlesHull開始研發(fā)3D打印技術(shù)，1986年，他自立門戶，創(chuàng)辦了世界上第一家3D打印技術(shù)公司(3DSystems公司也是目前3D市場(chǎng)領(lǐng)軍者之一)，同年發(fā)布了第一款商用3D打印機(jī)。1988年，ScottCrump發(fā)明了FDM(熱熔解積壓成形成型)技術(shù)，并于1989年成立了現(xiàn)在的另一家3D打印上市公司Stratasys(NASDAO:SSYS，該公司在1992年賣出了第一臺(tái)商用3D打印機(jī)。到了21世紀(jì)初，3D打印沉寂下來，許多人開始質(zhì)疑這種技術(shù)的可靠性，當(dāng)時(shí)只能做一些塑料模型，強(qiáng)度和精度都不高。直到2008年，開源3D打印項(xiàng)目【RepRap】發(fā)布“Darwin”,3D打印機(jī)制造進(jìn)入新紀(jì)元;同年，Objet推出Connex500，讓【多材料】3D打印成為可能。在歐美3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。目前限制金屬材料發(fā)展的主要的問題是其成形制造效率不高，每個(gè)小時(shí)大約只有100-3000克。,技術(shù)起源,.,中國從1991年開始研究3D打印技術(shù)，當(dāng)時(shí)的名稱叫快速原型技術(shù)(RapidPrototyping，即開發(fā)樣品之前的實(shí)物模型。2000年前后，這些工藝從試驗(yàn)室研究逐步向工程化、產(chǎn)品化轉(zhuǎn)化。由于做出來的只是原型，而不是可以使用的產(chǎn)品，大多是抄襲，所以快速原型技術(shù)在中國工業(yè)領(lǐng)域普及得很慢，全國每年僅銷售幾十臺(tái)快速原型設(shè)備，主要應(yīng)用于職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、高校等教育領(lǐng)域。2000年以后，清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交大等高校繼續(xù)研究3D打印技術(shù)。西安交大側(cè)重于應(yīng)用，做一些模具和航空航天的零部件；華中科技大學(xué)開發(fā)了不同的3D打印設(shè)備；清華大學(xué)把快速成形技術(shù)轉(zhuǎn)移到企業(yè)一一殷華(后改為太爾時(shí)代)后，把研究重點(diǎn)放在了生物制造領(lǐng)域。在國家政策的大力支持下，我國的3D打印市場(chǎng)過去四年連續(xù)翻倍增長(zhǎng)。2015年中國市場(chǎng)規(guī)模在78億人民幣左右。當(dāng)前，我國從事3D打印業(yè)務(wù)的企業(yè)約有100家，產(chǎn)業(yè)基地以北京、青島、西安、武漢、南京、成都與珠海為主。3D打印技術(shù)也有很大的突破，我國首臺(tái)空間3D打印機(jī)已于2016年研制成功，而3D打印軟骨、3D打印輔助醫(yī)療手術(shù)等技術(shù)也已有突破。2016年，全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在北京成立。,國內(nèi)發(fā)展,.,從2014年設(shè)備數(shù)量上看，美國目前各種3D打印設(shè)備的數(shù)量占全世界38.1%，而中國只有9.2%左右。國內(nèi)3D打印行業(yè)在技術(shù)上存在瓶頸。材料的種類和性能受限制，特別是使用金屬材料制造還存在問題；成形的效率需要進(jìn)一步提高；在工藝的尺寸、精度和穩(wěn)定性上迫切需要加強(qiáng)。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢，市場(chǎng)需求不足；國內(nèi)企業(yè)的收入結(jié)構(gòu)單一，主要靠賣3D打印設(shè)備，而美國的公司是多元經(jīng)營，設(shè)備、服務(wù)和材料基本各占銷售收入的1/3。在全球3D模型制造技術(shù)的專利實(shí)力榜單上，美國3DSystems公司、日本松下公司和德國EOS公司遙遙領(lǐng)先。,國內(nèi)外差距,.,3D打印技術(shù)問世于20世紀(jì)80年代中期，經(jīng)過三十年的發(fā)展，該技術(shù)已趨于成熟并初步形成規(guī)?；w系，全球3D綜合競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)也呈現(xiàn)出“美國主導(dǎo)、歐洲協(xié)同發(fā)展、日本追隨、中國后發(fā)”的基本格局。特別是2012年，美國率先將3D打印納入發(fā)展工作計(jì)劃之中，自此在全球迅速形成了3D打印技術(shù)熱潮，3D打印技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。因而，2012年可稱為“3D打印元年”。,市場(chǎng)現(xiàn)狀,圖-1993年至2014年全球增材制造行業(yè)市場(chǎng)收入情況,圖-2016年至2020年全球增材制造行業(yè)預(yù)測(cè)收入情況,資料來源：WohlersReport2015,資料來源：WohlersReport2015,.,根據(jù)WohlersReport2015，從1988到2014年的27年間，全球一共銷售了工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備79,502臺(tái)。美國銷售數(shù)量占比為38.1%，遙遙領(lǐng)先于其他國家，其次為日本，占比為9.3%，中國9.2%占據(jù)第三位，第四位為德國，銷售數(shù)量占比為8.7%。而在WohlersReport2013，相同指標(biāo)德國為9.4%，中國為8.7%，在短短兩年間，中國銷售的工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備取得飛速增長(zhǎng)，超過德國躍居世界第三位。由于中國擁有巨大的市場(chǎng)容量和銷售前景，未來3D打印設(shè)備的市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。,市場(chǎng)現(xiàn)狀,圖六從1988年至2014年全球工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備銷售分部圖,資料來源：WohlersReport2015,.,目前，我國3D打印行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，過去四年連續(xù)翻倍增長(zhǎng)，2015年中國市場(chǎng)規(guī)模在78億人民幣左右。設(shè)備、材料、軟件等核心領(lǐng)域都能夠不同程度實(shí)現(xiàn)自給，并在航空、建筑、科學(xué)研究、文化創(chuàng)意、工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。據(jù)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2016年國內(nèi)3D打印市場(chǎng)規(guī)?？傻竭_(dá)100億元，約為2012年的十倍，并成為全球最大的3D打印市場(chǎng)。但是，目前在國內(nèi)缺乏核心技術(shù)、成熟的商業(yè)模式，以及市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用。激光器、軟件、材料等核心技術(shù)還依賴進(jìn)口。,市場(chǎng)現(xiàn)狀,圖2012年至2016年國內(nèi)3D打印產(chǎn)值（單位：億元）,資料來源：國泰君安研究所,.,對(duì)于3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的三個(gè)環(huán)節(jié)上游耗材、中游打印設(shè)備、下游打印應(yīng)用與服務(wù)來說，上游與中游都存在著較大的技術(shù)壁壘，下游相對(duì)來說切入的成本更低。隨著工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于金屬模具的效率和精度要求的不斷提升，越來越多的傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)找到其與3D打印技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)，3D打印應(yīng)用與服務(wù)或?qū)⒂瓉硇乱惠喸鲩L(zhǎng)趨勢(shì)。,資料來源：國泰君安研究所,.,從中長(zhǎng)期看來3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，3D打印技術(shù)要進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)業(yè)運(yùn)用空間，仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：,資料來源：國泰君安研究所,.,隨著智能制造，控制技術(shù)，材料技術(shù)，信息技術(shù)等不斷發(fā)展和提升，這些技術(shù)也被廣泛地綜合應(yīng)用與制造工業(yè)，3D打印技術(shù)也將會(huì)被推向一個(gè)更加廣闊的發(fā)展平臺(tái)。未來，3D打印技術(shù)主要有以下發(fā)展趨勢(shì)：材料越來越豐富新推出的大型3D打印機(jī)Objet1000已經(jīng)支持打印140種材料，每次打印可同時(shí)利用其中的14種，但物種是多種多樣的，只有更豐富更實(shí)用的材料才能讓3D打印盡快的融入生產(chǎn)和生活。智能化目前，3D打印設(shè)備在軟件功能、后處理、設(shè)計(jì)軟件與生產(chǎn)控制軟件的無縫對(duì)接等方面還有許多問題需要優(yōu)化，精度會(huì)越來越高同時(shí)速度更快。實(shí)用性越來越高同時(shí)，隨著3D打印技術(shù)越來越普遍地運(yùn)用到服裝、設(shè)計(jì)、生活生產(chǎn)當(dāng)中，只有用戶在使用過程中覺得簡(jiǎn)易上手，復(fù)雜程度低，才能使用戶有更好的使用體驗(yàn)，這一技術(shù)越來越實(shí)用。家庭化，個(gè)人化，價(jià)格下降隨著3D打印機(jī)的價(jià)格越來越親民，3D打印會(huì)逐漸走進(jìn)百姓生活，成為必不可少的家庭用品，并且可以根據(jù)個(gè)人需要，隨時(shí)訂制，3D打印讓生活越來越方便。,.,國內(nèi)外典型企業(yè)分析,.,全球3D打印產(chǎn)業(yè)中，1986年成立美國的3DSystems公司與1989年成立的美國的Stratasys公司已經(jīng)成長(zhǎng)為行業(yè)巨頭，從全球銷售收入看，2012年3DSystems和Stratasys各貢獻(xiàn)了約占全球增材制造市場(chǎng)16%的市場(chǎng)份額，遠(yuǎn)超其他公司。2014年，3DSystems整體收入6.54億美元，增速達(dá)27.3%，其中醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域的收入為1.29億美元，較2013年增長(zhǎng)了80.33%，且毛利高于其他業(yè)務(wù)。無獨(dú)有偶，國際另一3D打印行業(yè)巨頭Stratasys公司在體外醫(yī)療器械尤其是骨科和齒科領(lǐng)域也實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)張發(fā)展。,圖-3Dsystems醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域收入占比,數(shù)據(jù)來源：3DSystems、國泰君安證券研究,.,杭州先臨三維科技股份有限公司，是國內(nèi)以三維數(shù)字化與3D打印產(chǎn)業(yè)為主營業(yè)務(wù)的第一股(新三板)，該公司成立于2004年，近7年復(fù)合增長(zhǎng)率保持在35%以上。2015年實(shí)現(xiàn)1.9億的營業(yè)收入，同比增長(zhǎng)64.81%，凈利潤(rùn)1183萬，同比增長(zhǎng)90%。,先臨三維,圖2012至2015年先臨三維營業(yè)收入（單位：萬元）,.,先臨三維的業(yè)務(wù)涉及工業(yè)制造領(lǐng)域、教學(xué)創(chuàng)意消費(fèi)領(lǐng)域、生物醫(yī)療領(lǐng)域等，主要包括三種模式：（1）、提供3D數(shù)字化與3D打印設(shè)備及3D打印材料；（2）、提供3D打印個(gè)性化快速定制、制造服務(wù)；（3）、提供3D數(shù)據(jù)內(nèi)容、3D教材課程、3D創(chuàng)客培訓(xùn)等服務(wù)。,先臨三維,.,北京太爾時(shí)代科技有限公司成立于2003年，是中國較早一批開始專門從事研發(fā)、生產(chǎn)和銷售工業(yè)級(jí)和桌面級(jí)3D打印機(jī)的高科技企業(yè)之一。通過十余年的不斷探索與實(shí)踐，太爾時(shí)代現(xiàn)已躋身成為全球3D打印機(jī)制造企業(yè)前列。其UP系列桌面級(jí)3D打印機(jī)更是成為全球三大品牌之一，同時(shí)還是在Windows8.1面市后，在全球范圍內(nèi)可與該操作系統(tǒng)接口的唯一產(chǎn)自中國的桌面級(jí)3D打印機(jī)。2009年研制出第一臺(tái)擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的桌面級(jí)3D打印機(jī)，2010年，太爾時(shí)代制造的桌面級(jí)3D打印機(jī)UPPlus在全球銷售，當(dāng)時(shí)售價(jià)2,890美元，最高打印精度達(dá)到0.2mm。面向消費(fèi)市場(chǎng)后，太爾的3D打印機(jī)縮小產(chǎn)品尺寸，把系統(tǒng)簡(jiǎn)化