D打印產(chǎn)業(yè)調(diào)研報(bào)告

1、.定義 3D打?。?Dprinting）也稱為“增材制造（AdditiveManufacturing）”，它是新興的一種快速成型技術(shù)。與傳統(tǒng)的減材制造工藝不同，3D打印是以數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)文件為基礎(chǔ)，將材料逐層沉積或黏合以構(gòu)造成三維物體的技術(shù)?，F(xiàn)代意義上的3D打印技術(shù)于20世紀(jì)80年代中期誕生于美國(guó)。CharlesHull（3DSystems公司的創(chuàng)始人）和ScottCrump（Stratasys公司的創(chuàng)始人）是3D打印技術(shù)的先驅(qū)人物。以3DSystems和DTM公司為代表的一批美國(guó)中小科技公司在 20世紀(jì)80年代末-90年代初相繼研發(fā)出光固化立體造型術(shù)(stereolithography, SLA)

2、,簡(jiǎn)稱光造型術(shù)、選擇性激光燒結(jié)（SLS）和熔絲沉積造型（FDM，F(xiàn)used Deposition Modelling）等主流技術(shù)路線，經(jīng)過20多年的沉淀和不斷完善已經(jīng)日臻成熟。3D打印與傳統(tǒng)制造業(yè)的最大區(qū)別在于產(chǎn)品成型的過程上。在傳統(tǒng)的制造業(yè)，整個(gè)制造流程一般需要經(jīng)過開模具、鑄造或鍛造、切割、部件組裝等過程成型。3D打印則免去了復(fù)雜的過程，無需模具，一次成型。因此，3D打印可以克服一些傳統(tǒng)制造上無法達(dá)成的設(shè)計(jì)，制作出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。技術(shù)分類1. 以高分子聚合反應(yīng)為基本原理：激光立體印刷術(shù)（Stereolithography， SLA，有著名的Objet從下到上打印的（已和Stratasys合并）

3、和Formlabs為代表從上往下打印的）,它用激光選擇性地讓需要成型的液態(tài)光敏樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)變硬，從而造型。高分子打印技術(shù)（Polymer Printing）, 高分子噴射技術(shù)（Polymer Jetting）, 數(shù)字化光照加工技術(shù)（Digital Lighting Processing）, 微型立體印刷術(shù)（Micro Stereolithography）。2. 以燒結(jié)和熔化為基本原理：選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（Selective Laser Sintering， SLS，3D打印行業(yè)龍頭老大3D System的看家本領(lǐng)，EOS也是杰出代表，SLS用的不是液態(tài)的光敏樹脂，而是粉末選擇性激光熔化技術(shù)

4、（Selective Laser Melting, SLM）, 電子束熔化技術(shù)（Electron Beam Melting， EBM）。3. 以粉末-粘合劑為基本原理：三維打印技術(shù)（Three Dimensional Printing, 3DP，MIT在90年發(fā)明的，Zcorp（已被3D Systems收購(gòu)）、voxeljet是杰出代表）4. 熔融沉積造型技術(shù)（Fused Deposition Modeling, FDM，著名代表有RepRap項(xiàng)目、MakerBot和Stratasys公司）5. 層壓制造技術(shù)（Layer Laminate Manufacturing, LLM）6. 氣溶膠打印

5、技術(shù)（Aerosolprinting）7. 生物繪圖技術(shù)（Bioplotter）限制因素1. 生產(chǎn)模式效率單體的一體化成型，工作流程是完全固定的，無法形成此類產(chǎn)業(yè)效應(yīng)，且目前的3D打印機(jī)體無法承受長(zhǎng)時(shí)間，高強(qiáng)度的負(fù)荷。且單體機(jī)做生產(chǎn)，維護(hù)費(fèi)用和難度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出傳統(tǒng)工藝把產(chǎn)業(yè)鏈平攤開的做法。2. 材料的限制1. 材料的適用范圍的問題。目前，工業(yè)領(lǐng)域能用的就適用的金屬材料只有10余種，鋁硅合金、鈦合金、鎳合金和不銹鋼比較成熟。而生物材料領(lǐng)域，比如，RegenHu開發(fā)的INK僅支持明膠、膠原與合成高分子混合物等幾種材料；成品狀況的話，打印出的結(jié)構(gòu)生物相容性較差，孔隙率小且孔洞分布不均勻，細(xì)胞附著生長(zhǎng)繁

6、殖率低。也就是，只能用作模仿，還不能實(shí)現(xiàn)特定功能性。家用領(lǐng)域也沒好哪兒去，主流的有石膏、光敏樹脂、ABS塑料等，Object公司號(hào)稱可以14種基本材料的基礎(chǔ)上混搭出107種材料，拭目以待吧。雖然高端工業(yè)印刷可以實(shí)現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但無法實(shí)現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機(jī)也還沒有達(dá)到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。研究者們?cè)诙嗖牧洗蛴∩弦呀?jīng)取得了一定的進(jìn)展，但除非這些進(jìn)展達(dá)到成熟并有效，否則材料依然會(huì)是3D打印的一大障礙。2. 材料應(yīng)用導(dǎo)致的工藝問題。因?yàn)樾枰A(yù)先制成專用的金屬粉末；打印出的金屬制品致密度低，最高能達(dá)到鑄造件致密度的98%，某些情

7、況下低于鍛造件的力學(xué)性能，當(dāng)然在某些構(gòu)件，比如大型鈦合金構(gòu)件上（比如比較熱的航空行業(yè)），是完全能夠滿足力學(xué)性能的，但總體狀況，值得商榷；某些打印制品表面質(zhì)量差，精度2-10m，需要打磨拋光機(jī)加工等后處理；3D打印具有復(fù)雜曲面的零部件時(shí)，支撐材料難以去除。材料性能差，強(qiáng)度，剛度，機(jī)械加工性等都遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)加工方式。3. 機(jī)器的限制3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和機(jī)能上已經(jīng)獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來，但是那些運(yùn)動(dòng)的物體和它們的清晰度就難以實(shí)現(xiàn)了。這個(gè)困難對(duì)于制造商來說也許是可以解決的，但是3D打印技術(shù)想要進(jìn)入普通家庭，每個(gè)人都能隨意打印想要的東西，那么機(jī)器的限制就必須得到

8、解決才行。4. 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的憂慮在過去的幾十年里，音樂、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)注變得越來越多。3D打印技術(shù)也會(huì)涉及到這一問題，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的很多東西都會(huì)得到更加廣泛的傳播。人們可以隨意復(fù)制任何東西，并且數(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)用來保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的問題之一，否則就會(huì)出現(xiàn)泛濫的現(xiàn)象。5. 道德的挑戰(zhàn)道德是底線。什么樣的東西會(huì)違反道德規(guī)律是很難界定的，如果有人打印出生物器官和活體組織，在不久的將來會(huì)遇到極大的道德挑戰(zhàn)。6. 花費(fèi)的承擔(dān)3D打印技術(shù)需要承擔(dān)的花費(fèi)是高昂的。第一臺(tái)3D打印機(jī)的售價(jià)為1萬5。如果想要普及到大眾，降價(jià)是必須的，但又會(huì)與成本形成沖突。指標(biāo)精度目前普通

9、的3D打印分辨率是0.1mm，可靠性/成功率，最大打印尺寸，打印速度，用戶交互/易用性，打印噪聲，單色/雙色打印頭，支持的耗材種類及成本，售后服務(wù)等。面向群體1. 工業(yè)類設(shè)計(jì)師：（產(chǎn)品原型、玩具設(shè)計(jì)、燈飾設(shè)計(jì)）2. 藝術(shù)類設(shè)計(jì)師：（玩具設(shè)計(jì)、首飾設(shè)計(jì)、制作形態(tài)復(fù)雜的雕塑、影視道具、定格動(dòng)畫模型）3. 手辦達(dá)人：（人偶模型、3D照相館、手工作品）4. 機(jī)械類設(shè)計(jì)師：（機(jī)械零件、模具）5. 建筑師：（建筑原型設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃、風(fēng)洞/壓力測(cè)試、樣板房展示）6. 科技極客：（DIY電子制作，高級(jí)玩具）7. 科研工作者：（考古、醫(yī)療、航空航天、武器研發(fā)、生物打印、材料研制）8. IT從業(yè)人員：（3D打印線

10、上服務(wù)、新媒體、電子商務(wù)、技術(shù)測(cè)評(píng)）9. 咖啡店主：（3D打印實(shí)體店、線下交流平臺(tái)、企業(yè)產(chǎn)品展示平臺(tái)）10. 出版行業(yè)：（科普雜志、科普?qǐng)D書）11. 學(xué)生/教師：（教學(xué)、科研）國(guó)內(nèi)企業(yè)1. 3D打印技術(shù)研究及工業(yè)級(jí)設(shè)備制造清華大學(xué)北京殷華激光快速成型與模型技術(shù)有限公司華中科技大學(xué)武漢濱湖機(jī)電產(chǎn)業(yè)有限公司西安交通大學(xué)陜西恒通智能機(jī)器有限公司北京航空航天大學(xué)中航激光成型制造有限公司北京殷華、武漢濱湖、陜西恒通以自主研發(fā)的3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)，研制了工業(yè)級(jí)的快速成型機(jī)，主要以提供模具與原件制造服務(wù)、協(xié)助用戶進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)作為商業(yè)模式。北京殷華也進(jìn)行專用打印耗材的研制與銷售；中航激光主要研究飛機(jī)大

11、型整體鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形及裝機(jī)應(yīng)用技術(shù)，在世界范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了激光成形鈦合金構(gòu)件在民用客機(jī)研制上的應(yīng)用。進(jìn)行3D打印技術(shù)研究，但未實(shí)現(xiàn)企業(yè)化的主要科研機(jī)構(gòu)還有南京航空航天大學(xué)、華南理工大學(xué)和中北大學(xué)。這些院校針對(duì)某一種快速成型技術(shù)進(jìn)行研究并制造出了快速成型系統(tǒng)。中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院的智能制造技術(shù)研究所于2013年5月成立了3D打印技術(shù)研究中心，此中心將建設(shè)3D打印公用技術(shù)平臺(tái)，綜合包括3D打印應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)、材料研究與規(guī)?；苽浼夹g(shù)平臺(tái)、工藝研究與裝備研制技術(shù)平臺(tái)、結(jié)構(gòu)與性能評(píng)價(jià)平臺(tái)、設(shè)計(jì)與服務(wù)平臺(tái)五大平臺(tái)。另有北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司研制生產(chǎn)AFS激光快速成型機(jī)，提

12、供樣件、精密鑄件加工服務(wù)南京紫金立德電子有限公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售工業(yè)級(jí)SD300Pro系列3D打印機(jī)，稱擁有年產(chǎn)5千臺(tái)桌面式3D打印機(jī)的生產(chǎn)能力，并研發(fā)、銷售耗材。上市公司機(jī)器人成功研制首套金屬材料激光快速成型設(shè)備，應(yīng)用于航空航天、船舶等高端裝備制造領(lǐng)域，是目前A股上市公司中唯一能提供成套金屬3D打印設(shè)備的上市公司。稱除金屬3D打印機(jī)之外，機(jī)器人的具有激光誘導(dǎo)功能的納米制版3D打印機(jī)和配套的納米級(jí)材料，成為該公司新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。2. 桌面級(jí)打印機(jī)研發(fā)北京太爾時(shí)代科技有限公司是調(diào)整產(chǎn)品技術(shù)方向的極少數(shù)企業(yè)之一。太爾時(shí)代重點(diǎn)推出 Up ! 系列桌面三維打印機(jī)，并將此系列以PP3DP品牌面向海外。2

13、010年，太爾時(shí)代推出了UP! Plus成為當(dāng)時(shí)世界上首款桌面型3D打印機(jī)；2011年，太爾時(shí)代售出小型機(jī)3000多臺(tái)，2012年增長(zhǎng)更快；2012年，被美國(guó)Make雜志評(píng)選為 “最佳用戶體驗(yàn)”3D打印機(jī)。此外，太爾時(shí)代的產(chǎn)品還有Inspire 系列工業(yè)級(jí)快速成型機(jī)，并出售一款在國(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先地位的智能三維掃描系統(tǒng)S-I三維掃描系統(tǒng)，此系統(tǒng)可在短時(shí)間內(nèi)獲取物體表面三維數(shù)據(jù)。同時(shí)，太爾時(shí)代也開發(fā)、銷售ABS材料并提供ABS塑料的打印服務(wù)。杭州銘展網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，此公司研發(fā)、銷售個(gè)人3D打印機(jī)設(shè)備，代理國(guó)際打印機(jī)品牌，并為用戶提供3D打印服務(wù)。銘展基于開源3D打印機(jī)研發(fā)制造出了MBot個(gè)人3D打印

14、機(jī)系列，Mbot的目標(biāo)是批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型家用打印機(jī)，方便設(shè)計(jì)師，工程師，科技人員甚至是普通愛好者的使用。同時(shí)銘展為Zcorp系列與BFB系列打印機(jī)，NextEngine掃描儀中國(guó)地區(qū)代理服務(wù)商。此外，銘展創(chuàng)建”我愛3D”數(shù)字化設(shè)計(jì)3D模型分享社區(qū)，用戶可以上傳、免費(fèi)下載模型數(shù)據(jù)。在銘展的淘寶網(wǎng)店，也銷售打印材料和打印機(jī)零件等南京寶巖自動(dòng)化有限公司。南方寶巖研發(fā)、銷售桌面式3D打印機(jī)和工業(yè)級(jí)激光成型系統(tǒng)，代理國(guó)外品牌3D打印機(jī)，為用戶提供專業(yè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)支持，并承接自動(dòng)控制與加工設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)。金華市閃鑄科技有限公司。閃鑄科技研發(fā)銷售的桌面級(jí)打印機(jī)包括 Creator 系列和Adve

15、nturer 系列，并研發(fā)銷售ABS耗材。3. 代理及其他服務(wù)普立得科技有限公司代理美國(guó)Stratasys公司的快速成型機(jī)，德國(guó)Steinbichler COMET-5三維掃描儀；提供三維求反建模、小批量產(chǎn)品快速制作服務(wù)湖南華曙高科技有限責(zé)任公司提供無模具智能制造服務(wù)，主要包括數(shù)控及CNC加工，模具模型激光加工制造。茂登三維打印服務(wù)提供快速成型和三維立體掃描服務(wù)。4. 材料研制我國(guó)在材料研發(fā)與供應(yīng)方面能力薄弱，缺乏專業(yè)企業(yè)進(jìn)行支撐，主要有一些企業(yè)為滿足自產(chǎn)的打印機(jī)耗材需求進(jìn)行單一的3D打印耗材研制，如太爾時(shí)代和閃鑄科技研發(fā)銷售ABS耗材。（ABS是一種用途極廣的熱塑性工程塑料）聯(lián)邦股份是一家上

16、市企業(yè)，以金屬材料制造為主業(yè)，做各種金屬粉末，包括鋁合金、鈦合金、不銹鋼、鈷鉻合金等材料。飛而康快速制造科技有限責(zé)任公司，該公司致力于生產(chǎn)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的航空級(jí)粉末產(chǎn)品，同時(shí)利用金屬增材制造技術(shù)及熱等靜壓技術(shù)，凈成形加工復(fù)雜部件。公司聚集了世界頂級(jí)的材料研究專家，進(jìn)行專業(yè)耗材研發(fā)。5. 3D建模3D打印技術(shù)的整個(gè)過程中，3D建模也尤為重要。必須將要想打印東西進(jìn)行三維建模后才能用3D打印機(jī)對(duì)建模的數(shù)據(jù)進(jìn)行成型。3D模型的生成主要有兩個(gè)途徑，一是通過3D建模軟件建模生成，二是通過掃描生成3D數(shù)據(jù)。每個(gè)品牌的打印機(jī)都有自己的打印軟件，可以進(jìn)行一些參數(shù)調(diào)整，但是跟3D模型設(shè)計(jì)關(guān)系不大。進(jìn)行3D模型設(shè)計(jì)的

17、軟件比較通用化，一般的3D打印機(jī)都支持.STL格式的3D模型數(shù)據(jù)文件，行業(yè)內(nèi)常用的3D建模軟件基本都可以滿足這個(gè)要求，常用的有著名的AutoCAD軟件，廣泛應(yīng)用于建筑的 3Dsmax，應(yīng)用于3D模具制造的PR/E和UG，基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)SolidWorks等。重點(diǎn)在于能夠生成.STL文件。除專業(yè)3D建模外，另有一些專門為3D打印提供建模的軟件正在出現(xiàn)。Autodesk公司推出的為3D打印設(shè)計(jì)的免費(fèi)軟件123D，建模簡(jiǎn)單，并可以用數(shù)碼或單反相機(jī)圍繞物體拍攝照片，上傳后利用云計(jì)算計(jì)算能力自動(dòng)地為其生成3D模型，相當(dāng)于使用相機(jī)充當(dāng)三維掃描儀功能。也有一些簡(jiǎn)單易用的線上3D模型設(shè)計(jì)網(wǎng)站可供非專業(yè)設(shè)計(jì)者使用，如Tinkercad（Tinkercad - Mind to design in minutes）。另有一些國(guó)外團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)手機(jī)3D模型設(shè)計(jì)軟件，如它可將普通的圖片轉(zhuǎn)換成3D模型的Sculpteo，允許在移動(dòng)設(shè)備上直接創(chuàng)建、打印3D模型的Android應(yīng)用Paint3D。在國(guó)內(nèi)，針對(duì)3D打印進(jìn)行3D建模軟件研發(fā)的企業(yè)環(huán)節(jié)基本空缺。不過，已有企業(yè)把目光放到3D掃描設(shè)備的研制上。杭州先臨三