3D打印技術可行性分析PPT【精制材料】

1、3D打印技術行業(yè),1,實操應用,目錄,行業(yè)基本概況,3D打印國家政策法規(guī),市場分析,行業(yè)典型企業(yè)分析,3D打印技術應用領域,1.1概念 1.2原理技術 1.3與傳統(tǒng)企業(yè)相比特點 1.43D打印優(yōu)勢 1.5主要技術方法,2.1國家高新技術研究發(fā)展計劃 2.2國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（20152016年）,3.1生物醫(yī)學 3.2工業(yè)領域 3.3建筑業(yè) 3.4消費領域,4.1國內外市場分析 4.2產業(yè)鏈分析 4.3市場主要挑戰(zhàn) 4.4未來發(fā)展趨勢,5.1國際3D打印行業(yè)巨頭 5.2國內3D打印行業(yè)典型企業(yè)分析,2,實操應用,行業(yè)基本概況,3,實操應用,1.1.概念,3D 打印技術，即快速成型（R

2、P，Rapid Prototyping）技術，是一種新型制造技術，與傳統(tǒng)的切削加工不同，RP 技術采用逐層材料累加法加工實體模型，故也稱為增材技術制造 （AM， Additive Manufacturing， 也作 MIM， Material Increase Manufacturing）或分層制造技術（LMT，Layered Manufacturing Technology） 。 3D打印技術以計算機三維設計模型為藍本，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、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品。,4,實操應用,1.2

3、.原理技術,日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品，而所謂的3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，比如打印一個機器人、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”是參照了普通打印機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術稱為3D立體打印技術。

4、,5,實操應用,1.2.原理技術,圖1-3D打印流程圖,圖2-堆積成型原理圖,6,實操應用,1.3.與傳統(tǒng)制造業(yè)相比特點,7,實操應用,1.4.3D打印技術優(yōu)勢,8,實操應用,1.5.主要技術方法,3D 打印設備經過多年發(fā)展已經形成多種技術路線，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，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，包括光固化成型（SLA） 、熔融沉積成型（FDM） 、激光選區(qū)燒結（SLS） 、三維立體打?。?DP） 、材料噴射成型等。,9,實操應用,1.5.

5、主要技術方法,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掃描液態(tài)光敏樹脂使之固化的RP成形工藝。,設備廠家： Formlabs OldWorldLabs ASIGA 3D Systems Stratasys Voxeljet 日本CMET公司 以色列Cubital 公司,應用：對樣品形狀及尺寸進行直觀分析,10,實操應用,1.5.主要技術方法,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。材料在噴頭內被 加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材

6、料凝結。,設備產家： Stratasys Makerbot 太爾時代 Solidoodle Ultimaker 3D Systems BotObjects,應用實例：,11,實操應用,1.5.主要技術方法,LENS 激光溶覆快速制造技術，或激光近形制造技術=激光溶覆技術+快速原型技術，是由美國Sandia國家實驗室的 David Keicher發(fā)明的。1999年，LENS獲得了美國工業(yè)界“最富創(chuàng)造力的25項技術”之一的稱號。,設備產家： 美國Stratasys公司 清華大學,應用： 渦輪動力設備修復和改造 高載荷、低轉速、高精度、高合金零部件的修復和強化 汽車覆蓋件大型模具激光修復與強化 礦山

7、機械零件的激光強化與修復,12,實操應用,1.5.主要技術方法,3DP 3DP是美國麻省理工學院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sschs于1989年申請了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度較低，還須后處理。,設備產家： Zcorporation公司 EX-ONE公司,13,實操應用,3D打印行業(yè)國家政策法規(guī),14,實操應用,15,實操應用,16,實操應用,

8、3D打印技術應用領域,17,實操應用,3D打印已在工業(yè)造型、機械制造、軍事、建筑、影視、家電輕工、醫(yī)學、考古、文化藝術、雕刻、首飾等領域都得到廣泛應用。目前，3D打印技術主要應用汽車、航空航天、機械工業(yè)、電子消費品和醫(yī)學領域。,圖2012年、2014年全球3D打印應用情況,資料來源：Wohlers Report,18,實操應用,由于3D打印具有個性化特點，醫(yī)療應用是目前最受關注的下游行業(yè)，具體包括細胞打印，組織工程支架和植入物，假體，手術器械，牙科等。,細胞打印 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,19,實操應用,在工業(yè)領域，工業(yè)級 3

9、D打印機可以打印出汽車、航天等需要的零件，有效地規(guī)避了傳統(tǒng)零部件研測高投入和長耗時的弊端。如汽車制造前期的零部件研發(fā)測試階段，只是一個小批量生產過程，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，以便能夠及時對關鍵的零部件進行可行性測驗和調整，3D打印以一種成本有效的方式規(guī)避了傳統(tǒng)零部件研測高投入和長耗時的弊端。,3D打印汽車零部件 3D打印汽車 3D打印火箭噴射器的測試,20,實操應用,建筑業(yè)里，工程師和設計師們已經接受了用 3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美，完全合乎設計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。打印建筑所使用的原理與一般的 3D打印機基本相同

10、，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,21,實操應用,隨著桌面級 3D打印機的銷售量持續(xù)增長，許多小工具（如凳子、扳手、剪刀、椅子、臺燈等線條簡單的工具）、小玩具（模型或者任務玩偶等）甚至小零食都可以由 3D打印機打印出來。,3D打印首飾 3D打印臺燈 3D打印玩具,22,實操應用,市場分析,23,實操應用,3D打印技術誕生于上世紀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，1986年，他自立門戶，創(chuàng)辦了世

11、界上第一家3D打印技術公司(3D Systems公司也是目前3D市場領軍者之一)，同年發(fā)布了第一款商用3D打印機。 1988年，Scott Crump發(fā)明了FDM(熱熔解積壓成形成型)技術，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年賣出了第一臺商用3D打印機。到了21世紀初，3D打印沉寂下來，許多人開始質疑這種技術的可靠性，當時只能做一些塑料模型，強度和精度都不高。 直到2008年，開源3D打印項目【RepRap】發(fā)布“Darwin”, 3D打印機制造進入新紀元;同年，Objet推出Connex500，讓【多材料】3D打印

12、成為可能。 在歐美3D打印技術已經廣泛應用。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，每個小時大約只有100-3000克。,技術起源,24,實操應用,中國從1991年開始研究3D打印技術，當時的名稱叫快速原型技術(Rapid Prototyping，即開發(fā)樣品之前的實物模型。 2000年前后，這些工藝從試驗室研究逐步向工程化、產品化轉化。由于做出來的只是原型，而不是可以使用的產品，大多是抄襲，所以快速原型技術在中國工業(yè)領域普及得很慢，全國每年僅銷售幾十臺快速原型設備，主要應用于職業(yè)技術培訓、高校等教育領域。 2000年以后，清華大學、華中科技大學、西安交大等高校繼續(xù)研究3D打印技術

13、。西安交大側重于應用，做一些模具和航空航天的零部件；華中科技大學開發(fā)了不同的3D打印設備；清華大學把快速成形技術轉移到企業(yè)一一殷華(后改為太爾時代)后，把研究重點放在了生物制造領域。 在國家政策的大力支持下，我國的3D打印市場過去四年連續(xù)翻倍增長。2015年中國市場規(guī)模在78億人民幣左右。當前，我國從事3D打印業(yè)務的企業(yè)約有100家，產業(yè)基地以北京、青島、西安、武漢、南京、成都與珠海為主。3D打印技術也有很大的突破，我國首臺空間3D打印機已于2016年研制成功，而3D打印軟骨、3D打印輔助醫(yī)療手術等技術也已有突破。 2016年，全國增材制造標準化技術委員會在北京成立。,國內發(fā)展,25,實操應用

14、,從2014年設備數(shù)量上看，美國目前各種3D打印設備的數(shù)量占全世界38.1%，而中國只有9.2%左右。國內3D打印行業(yè)在技術上存在瓶頸。 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； 成形的效率需要進一步提高； 在工藝的尺寸、精度和穩(wěn)定性上迫切需要加強。 產業(yè)化進程緩慢，市場需求不足； 國內企業(yè)的收入結構單一，主要靠賣3D打印設備，而美國的公司是多元經營，設備、服務和材料基本各占銷售收入的1/3。在全球3D模型制造技術的專利實力榜單上，美國3D Systems公司、日本松下公司和德國EOS公司遙遙領先。,國內外差距,26,實操應用,3D 打印技術問世于 20 世紀 80 年代中期

15、，經過三十年的發(fā)展，該技術已趨于成熟并初步形成規(guī)?；w系，全球 3D 綜合競爭態(tài)勢也呈現(xiàn)出“美國主導、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)展工作計劃之中，自此在全球迅速形成了 3D 打印技術熱潮，3D打印技術的發(fā)展實現(xiàn)了質的飛躍。因而，2012 年可稱為“3D 打印元年”。,市場現(xiàn)狀,圖-1993年至2014年全球增材制造行業(yè)市場收入情況,圖-2016年至2020年全球增材制造行業(yè)預測收入情況,資料來源：Wohlers Report 2015,資料來源：Wohlers Report 2015,27,實操應用,根據Wohlers Repo

16、rt 2015 ，從 1988 到 2014 年的 27 年間，全球一共銷售了工業(yè)級增材制造設備 79,502 臺。美國銷售數(shù)量占比為 38.1%，遙遙領先于其他國家，其次為日本，占比為9.3%， 中國 9.2%占據第三位， 第四位為德國， 銷售數(shù)量占比為 8.7%。 而在 Wohlers Report 2013 ，相同指標德國為 9.4%，中國為 8.7%，在短短兩年間，中國銷售的工業(yè)級增材制造設備取得飛速增長，超過德國躍居世界第三位。由于中國擁有巨大的市場容量和銷售前景，未來 3D 打印設備的市場增長潛力巨大。,市場現(xiàn)狀,圖六從1988年至2014年全球工業(yè)級增材制造設備銷售分部圖,資料來

17、源：Wohlers Report 2015,28,實操應用,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，2015年中國市場規(guī)模在78億人民幣左右。設備、材料、軟件等核心領域都能夠不同程度實現(xiàn)自給，并在航空、建筑、科學研究、文化創(chuàng)意、工業(yè)、生物醫(yī)學等領域得到應用。據機構預測，到2016年國內3D打印市場規(guī)?？傻竭_100億元，約為2012年的十倍，并成為全球最大的3D打印市場。但是，目前在國內缺乏核心技術、成熟的商業(yè)模式，以及市場的廣泛應用。激光器、軟件、材料等核心技術還依賴進口。,市場現(xiàn)狀,圖2012年至2016年國內3D打印產值（單位：億元）,資料來源：國泰君安研究所,29,

18、實操應用,對于3D打印產業(yè)鏈的三個環(huán)節(jié)上游耗材、中游打印設備、下游打印應用與服務來說，上游與中游都存在著較大的技術壁壘，下游相對來說切入的成本更低。隨著工業(yè)設計對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打印技術的結合點，3D打印應用與服務或將迎來新一輪增長趨勢。,資料來源：國泰君安研究所,30,實操應用,從中長期看來3D打印產業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，3D打印技術要進一步擴展 其產業(yè)運用空間，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,31,實操應用,隨著智能制造，控制技術，材料技術，信息技術等不斷發(fā)展和提升，這

19、些技術也被廣泛地綜合應用與制造工業(yè)，3D打印技術也將會被推向一個更加廣闊的發(fā)展平臺。未來，3D打印技術主要有以下發(fā)展趨勢： 材料越來越豐富 新推出的大型3D打印機Objet1000已經支持打印140種材料，每次打印可同時利用其中的14種，但物種是多種多樣的，只有更豐富更實用的材料才能讓3D打印盡快的融入生產和生活。 智能化 目前，3D打印設備在軟件功能、后處理、設計軟件與生產控制軟件的無縫對接等方面還有許多問題需要優(yōu)化，精度會越來越高同時速度更快。 實用性越來越高 同時，隨著3D打印技術越來越普遍地運用到服裝、設計、生活生產當中，只有用戶在使用過程中覺得簡易上手，復雜程度低，才能使用戶有更好的

20、使用體驗，這一技術越來越實用。 家庭化，個人化，價格下降 隨著3D打印機的價格越來越親民，3D打印會逐漸走進百姓生活，成為必不可少的家庭用品，并且可以根據個人需要，隨時訂制，3D打印讓生活越來越方便。,32,實操應用,國內外典型企業(yè)分析,33,實操應用,全球3D打印產業(yè)中，1986年成立美國的3DSystems公司與1989年成立的美國的Stratasys公司已經成長為行業(yè)巨頭，從全球銷售收入看，2012年3DSystems和Stratasys各貢獻了約占全球增材制造市場16%的市場份額，遠超其他公司。2014 年，3D Systems 整體收入 6.54 億美元，增速達 27.3%，其中醫(yī)療

21、服務領域的收入為 1.29 億美元，較 2013 年增長了 80.33%，且毛利高于其他業(yè)務。無獨有偶，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域也實現(xiàn)了擴張發(fā)展。,圖-3D systems 醫(yī)療服務領域收入占比,數(shù)據來源：3D Systems、國泰君安證券研究,34,實操應用,杭州先臨三維科技股份有限公司，是國內以三維數(shù)字化與3D打印產業(yè)為主營業(yè)務的第一股(新三板)，該公司成立于2004年，近7年復合增長率保持在35%以上。2015年實現(xiàn)1.9億的營業(yè)收入，同比增長64.81%，凈利潤1183萬，同比增長90%。,先臨三維,圖2012至2015年先臨三

22、維營業(yè)收入（單位：萬元）,35,實操應用,先臨三維的業(yè)務涉及工業(yè)制造領域、教學創(chuàng)意消費領域、生物醫(yī)療領域 等，主要包括三種模式： （1）、提供3D數(shù)字化與3D打印設備及3D打印材料； （2）、提供3D打印個性化快速定制、制造服務； （3）、提供3D數(shù)據內容、3D教材課程、3D創(chuàng)客培訓等服務。,先臨三維,36,實操應用,北京太爾時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)、生產和銷售工業(yè)級和桌面級3D打印機的高科技企業(yè)之一。通過十余年的不斷探索與實踐，太爾時代現(xiàn)已躋身成為全球3D打印機制造企業(yè)前列。其UP系列桌面級3D打印機更是成為全球三大品牌之一，同時還是在Windows8.1面市后，在全球范圍內可與該操作系統(tǒng)接口的唯一產自中國的桌面級3D打印機。2009年研制出第一臺擁有多項自主知識產權的桌面級3D打印機，2010年，太爾時代制造的桌面級3D打印機 UP Plus在全球銷售，當時售價2,890美元，最高打印精度達到0.2mm。面向消費市場后，太爾的3D打印機縮小產品尺