中國3D打印5大應(yīng)用前景的分析

3D打印起源于美國,，最初由查爾斯·胡爾于1986年開發(fā)出光固化技術(shù),，并成立3DSystems公司。此后,，經(jīng)過二十多年的發(fā)展,，技術(shù)日臻完善,，3D打印有關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)銷售額也不斷上升。據(jù)WohlersAssociates統(tǒng)計,，過去25年3D打印產(chǎn)品和服務(wù)的收入復(fù)合年增長率為25.4%,，2013年銷售額達到28.43美元，相較2012年22.04億美元的規(guī)模增長了29%,。

世界范圍內(nèi),，生產(chǎn)和購買3D打印機最多的國家均是美國，中國所占的份額還很小,。有近四分之三十美國制造,，以色列和歐洲各國的份額分別占到9.3%和10.2%，而中國3D打印設(shè)備僅占到3.6%,。

中國區(qū)市場規(guī)模目前偏小,，但發(fā)展速度最快
2013年全球3D打印的市場規(guī)模為28.43億美元，但中國3D打印市場規(guī)模只有14億元人民幣,。不過,，中國有望在近年躍升為全球最大的3D打印市場。

中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長,、亞洲制造業(yè)協(xié)會首席執(zhí)行官羅軍預(yù)測,，中國的3D打印市場約在三年內(nèi)會從目前的約14億元人民幣增長到100億元。

全球3D打印產(chǎn)業(yè)的權(quán)威研究機構(gòu)美國沃勒斯公司總裁特里·沃勒斯在會上說,，他也看好中國的3D打印市場潛力,，但認為中國成為全球相關(guān)最大市場可能需要更長時間。該公司已經(jīng)連續(xù)18年發(fā)布全球3D打印產(chǎn)業(yè)報告,，被視為全球3D打印行業(yè)的風(fēng)向標,。根據(jù)報告，全球3D打印設(shè)備和服務(wù)整體市場為28億美元,，其中,，美國約占60%，德國,、日本,、中國等各約占10%。

全球3D打印行業(yè)未來5-10年仍將保持年均20%以上的增長
2013年,，全球3D打印行業(yè)總產(chǎn)值約為28億美元,，同比增長29%�,；仡櫄v史,，3D打印行業(yè)在上世紀90年代初曾經(jīng)出現(xiàn)過每年40%以上的高速增長，但隨后增速逐步趨于平緩；21世紀的前十年,，全球3D打印行業(yè)的年均復(fù)合增長率僅為7.76%,，互聯(lián)網(wǎng)泡沫后的2001-2002年，以及金融危機后的2009年,，3D打印行業(yè)甚至出現(xiàn)了負增長,；但是從2010年開始，隨著3D打印技術(shù)的進步以及個人需求的爆發(fā),，3D打印行業(yè)再次進入快速成長期。

最近三年,，3D打印行業(yè)增速的加快在公司層面也得到了印證,，全球3D打印行業(yè)龍頭公司的收入增速在2010年之后均出現(xiàn)了明顯提高。據(jù)預(yù)測,，未來5-10年,，3D打印行業(yè)仍將以年均20%以上的速度增長，至2021年全行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)值將達到108億美元,。

中國的3D打印技術(shù)盡管在某些特定領(lǐng)域取得了國際領(lǐng)先地位,，但整體而言和美國仍有較大差距。從3D打印設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)量來看,，全球累計銷售的3D打印機,，其中近四分之三為美國制造，而中國制造的3D打印設(shè)備僅占3.6%,；從3D打印設(shè)備的保有量來看,，美國仍以將近40%的占比遙遙領(lǐng)先，德國和日本也分別占有近10%的份額,，而中國的占比仍不足9%,。

中國的3D打印產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展的初級階段，仍存在部分核心技術(shù)與材料依賴進口,、產(chǎn)業(yè)資源“小而散”,、產(chǎn)業(yè)化程度不高等問題。但作為全球制造業(yè)第一大國和人口第一大國,，不論是工業(yè)應(yīng)用還是個人消費,，其增長潛力都得到了國內(nèi)外專家與企業(yè)界的一致認可。英國增材制造聯(lián)盟主席GrahamTromas表示,，3至5年內(nèi)中國有潛力成為世界最大的3D打印市場,。中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長羅軍在“2013世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會”上表示，中國有潛力成為全球最大的3D打印市場,，未來3-5年有望以每年至少一倍的速度增長,，中國3D打印產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模將達到100億元左右。

3D打印：應(yīng)用領(lǐng)域拓展消費需求爆發(fā)
1,、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,，個人消費需求開始爆發(fā)
3D打印在制造自由度、原材料利用率等方面具有明顯優(yōu)勢,，尤其適用于小批量,、定制化的加工制造。近年來,，3D打印在工業(yè)應(yīng)用和個人消費兩個市場均取得了長足發(fā)展：工業(yè)應(yīng)用的下游行業(yè)不斷拓展,，直接零部件制造的占比也逐年提高；個人消費市場雖起步較晚,，但近年來呈現(xiàn)快速爆發(fā)趨勢,。
據(jù)統(tǒng)計，3D打印技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用主要分布于消費電子,、汽車,、醫(yī)療、航空航天,、建筑,、科研等領(lǐng)域；而從具體應(yīng)用環(huán)節(jié)來看,，3D打印技術(shù)目前主要用于設(shè)計樣品,、展示模型及模具的制造，但直接零部件加工的占比從2003年的不足4%已快速上升到了2013年的29%左右,。

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2,、醫(yī)療器械的定制化需求恰是3D打印的優(yōu)勢所在，“生物打印”令人憧憬
醫(yī)療行業(yè)存在大量的定制化需求,，難以進行標準化,、大批量生產(chǎn)，而這恰是3D打印技術(shù)的優(yōu)勢所在,。目前,，3D打印技術(shù)在助聽器材制造、牙齒矯正與修復(fù),、假肢制造等領(lǐng)域已經(jīng)得到了成功應(yīng)用且已經(jīng)比較成熟,。利用3D打印制造出的牙橋等制品更加精確精細，相比傳統(tǒng)制造方式也更加方便快捷,。同樣,，利用3D打印技術(shù)可以很好的實現(xiàn)對剩余肢體的復(fù)制，制造出的假肢也更加符合人體工學(xué),，在歐洲使用3D打印的鈦合金骨骼的患者已經(jīng)超過3萬例,，美國一家醫(yī)院甚至用3D打印出的頭骨替換了患者高達75%的受損骨骼,。

除了上述醫(yī)學(xué)修復(fù)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)還可用于了解患者病情以及輔助醫(yī)患交流,。比如：3D打印機可以打印出患者的立體骨骼模型,，醫(yī)生可以通過骨骼模型探討治療過程，與患者溝通手術(shù)方案,；醫(yī)務(wù)人員還可以通過3D打印的復(fù)制品了解患者器官內(nèi)部結(jié)構(gòu),，還能夠在這些復(fù)制品上進行模擬手術(shù)。目前,，Stratasys和3DSystems已經(jīng)能夠提供復(fù)制人體器官模型的設(shè)備,，通過CT掃描等醫(yī)學(xué)圖像，直接打印出患者器官的模型,，這些模型不僅外觀逼真,，還像器官一樣濕潤帶有紋理。

3D打印的模型或無生命假肢僅僅是一個開始,，最令人憧憬的應(yīng)用則是直接打印具有活性的組織器官，即所謂“生物打印”�,，F(xiàn)有的想法包括：利用3D技術(shù)打印骨架,，再在骨架上培養(yǎng)干細胞，誘導(dǎo)其形成組織,；更進一步的方法是直接打印出組織器官用于移植,；最具想象力的方案則是在人體內(nèi)直接打印活性組織或活性器官，連植入的過程都可以省掉,。

Organovo公司已經(jīng)在生物打印領(lǐng)域取得了一些突破,，成功打印出了心肌組織、肺臟,、血管等,；美國康奈爾大學(xué)的生物學(xué)家巴切爾利用生物高分子材料打印出能正常工作的心臟瓣膜，其中干細胞夾雜在高分子材料里面,，能夠逐漸轉(zhuǎn)換成人體細胞,。目前，“生物打印”仍處于試驗階段,，其應(yīng)用障礙不僅在于技術(shù)領(lǐng)域,，還涉及道德問題、監(jiān)管程序等方面,。不過,，隨著生物科技的發(fā)展、以及配套制度的完善,，3D打印的人體器官將逐步走進現(xiàn)實應(yīng)用當(dāng)中,。

3、航空航天是3D打印最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一，中國的鈦合金激光快速成型技術(shù)國際領(lǐng)先
航空航天設(shè)備制造是3D打印最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一,，原因主要在于：第一,，航空航天設(shè)備往往具有“多品種、小批量”的特點,，尤其在試制階段許多零部件都需要單件定制,，若采取傳統(tǒng)工藝則周期長、成本高,，3D打印則可以實現(xiàn)低成本快速成型,；第二，出于減重與強度要求,，航空航天設(shè)備中復(fù)雜結(jié)構(gòu)件或大型異構(gòu)件的比例越來越高,，若采用傳統(tǒng)的“鍛造+機加工”方式，則所需工序繁多,、工藝復(fù)雜,，甚至根本無法直接加工，而3D打印在復(fù)雜部件加工方面具有明顯優(yōu)勢,；第三,，采用傳統(tǒng)工藝加工飛機零部件的原材料利用率只有10%左右，其他部分都在鑄模,、鍛造,、切割和打磨過程中浪費了，而3D打印的增量制造方式可將原材料利用率提高至90%以上,。

波音公司是率先將3D打印技術(shù)用于飛機設(shè)計和制造的國際航空制造企業(yè),，已累計利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了300多個不同的小型零部件。GE航空2012年收購了專門開發(fā)激光燒結(jié)金屬粉末技術(shù)的MorrisTechnologies公司,，用來為其Leap系列發(fā)動機制造組件,。普惠公司也投入數(shù)百萬聯(lián)合康涅狄格大學(xué)成立了增量制造中心。美國國家航天航空局正在使用3D打印機生產(chǎn)航天器的引擎部件,，并計劃將打印設(shè)備發(fā)射到國際空間站,，以期宇航員能夠自給自足，利用空間站上的原料直接生產(chǎn)所需品,，改變完全依賴地面供給的補給模式,。

我國的大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光成形技術(shù)具有國際領(lǐng)先水平，是目前世界上唯一掌握了飛機鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成型技術(shù)并實現(xiàn)裝機應(yīng)用的國家,。另據(jù)媒體報道,，在艦載機、四代機等新型軍用飛機的研制過程中,，3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮了重要作用,，承擔(dān)了包括起落架在內(nèi)的鈦合金主承力構(gòu)件的試制任務(wù),。

4、在消費電子與汽車行業(yè),，3D打印技術(shù)主要用于設(shè)計原型制造及模具開發(fā)
從全球范圍來看,，消費電子與汽車行業(yè)是3D打印技術(shù)最主要的兩個應(yīng)用領(lǐng)域，分別占20%左右的市場份額,。從具體用途來看,，3D打印技術(shù)在上述兩個行業(yè)的應(yīng)用主要集中于設(shè)計原型制造及生產(chǎn)過程中的模具加工。借助3D打印技術(shù)輔助設(shè)計和測試,，可以大幅縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期,、降低試制與試驗成本。比如：Nokia曾借助3D打印技術(shù)完成手機外殼和結(jié)構(gòu)件的設(shè)計和樣件制造,；通用汽車已經(jīng)用3D打印技術(shù)打印出應(yīng)用于測試的零部件和模具超過20000個,，現(xiàn)代、寶馬等汽車廠家也已將3D打印技術(shù)應(yīng)用于新車研發(fā)過程當(dāng)中,。

在產(chǎn)品制造環(huán)節(jié),，由于消費電子和汽車行業(yè)均具有標準化、大規(guī)模生產(chǎn)的特點,，3D打印技術(shù)在直接零部件制造方面尚無法滿足加工速度和經(jīng)濟性要求,，故短期內(nèi)很難取代傳統(tǒng)的制造模式。但在一些個性化的小眾市場,，3D打印直接加工的產(chǎn)品仍擁有一定的受眾群。比如：由用戶定制的手機外殼,、用戶可以參與設(shè)計的汽車等,。

5、在建筑與服裝行業(yè),，3D打印可以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu),、極大的拓展設(shè)計師的想象空間
在建筑領(lǐng)域，3D打印技術(shù)最初主要用于設(shè)計模型的制造,，但近來已經(jīng)有多位建筑師提出了3D打印實體建筑的構(gòu)想,。荷蘭阿姆斯特丹建筑大學(xué)的設(shè)計師JanjaapRuijssenaars設(shè)計的3D打印建筑物“LandscapeHouse”特別模擬了莫比烏斯環(huán)，計劃利用3D打印機逐塊打印出來,，每塊的尺寸為6×9米,，然后拼接成一個整體建筑，預(yù)計需要耗時一年半完成,。倫敦的建筑設(shè)計工作室SoftkillDesign的3D打印建筑方案更具沖擊力,，該建筑完全拋棄了傳統(tǒng)的固體墻，而是采用以骨骼為基礎(chǔ)的纖維尼龍結(jié)構(gòu),，組件由激光燒結(jié)生物塑料制成,。

服裝制造方面,，3D打印可以加工出傳統(tǒng)工藝難以完成的復(fù)雜款式，極大的拓展的設(shè)計師的想象空間,。耐克和阿迪達斯均已經(jīng)開始用3D打印機制造一些運動鞋功能部件,，也有直接制造運動服的打算。

個人3D打印設(shè)備銷量猛增,，開啟“創(chuàng)客”時代
自2008年開始,，個人3D打印設(shè)備的銷量出現(xiàn)爆發(fā)式增。個人消費需求的爆發(fā)主要源自兩方面的動力：一是“數(shù)字化設(shè)計+快速成型”的組合大幅簡化了從創(chuàng)意到產(chǎn)品的過程,，從而刺激了多種個性化需求的釋放,；二是隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印設(shè)備的價格已經(jīng)下降至普通人可以承受的水平,，個人3D打印機的價格通常在5000美元以下,，最便宜的已降至一兩千美元�,；蛟S在不遠的將來,，3D打印機將和PC一樣走進千家萬戶。

目前,，個人3D打印設(shè)備的應(yīng)用主要在于滿足人們的個性化需求,，比如：用戶可以自己在家中做出獨具個性的首飾、玩具,、餐具等產(chǎn)品,；基于3D打印技術(shù)的“3D照相館”可以為人們留下逼真的立體留影等。

3D打印設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合,，帶來了商業(yè)模式的創(chuàng)新,。如提供3D打印服務(wù)和交易的網(wǎng)絡(luò)平臺--Shapeways在不足6年的時間里已經(jīng)注冊了6000名獨立設(shè)計師和十幾萬的用戶。類似的網(wǎng)站還有Ponoko,、i.materialise等,。用戶通過這些網(wǎng)站可以購買設(shè)計模型、訂購3D打印產(chǎn)品,，也可以自己開設(shè)商店,，出售3D打印產(chǎn)品、設(shè)計或材料,。設(shè)計師,、加工廠以及用戶之間的交流和交易成本大大降低，甚至已經(jīng)模糊了彼此之間界限,。新的商業(yè)模式不僅滿足了個人的創(chuàng)造欲望,，還可以將其轉(zhuǎn)化為商業(yè)盈利，反過來必將進一步推動個人3D打印需求的增長,�,？死锼埂ぐ驳律�所說的“創(chuàng)客”時代正在一步步走進現(xiàn)實,。

所有重大科技都是短期內(nèi)被高估，長期被低估
隨著技術(shù)的不斷進步,，3D打印已經(jīng)成功應(yīng)用于消費電子,、汽車、醫(yī)療,、航空航天等行業(yè),，且直接零部件加工所占的比例不斷提高，個人消費市場也已經(jīng)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,。但是,，市場對3D打印技術(shù)的期待并不止如此。奧巴馬在國情咨文中也將3D打印作為重振美國制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)提高到了國家戰(zhàn)略的高度,。

最近一年多以來,，國內(nèi)實業(yè)界和資本市場對于3D打印的熱情急劇升溫。甚至有專家認為,，3D打印作為一項顛覆性的制造技術(shù),，誰能夠最大程度的研發(fā)、應(yīng)用,，誰就能掌握制造業(yè)乃至工業(yè)發(fā)展的主動權(quán),。

3D打印技術(shù)在短期之內(nèi)被炒得如此之熱，或許并不利于3D打印行業(yè)的長期發(fā)展,，多位業(yè)內(nèi)專家均表達了類似擔(dān)憂,。克里斯·安德森曾經(jīng)說過：“所有重大科技都是短期內(nèi)被高估,，長期被低估,。”3D打印技術(shù)當(dāng)前的處境也是如此,。

客觀而言，3D打印技術(shù)盡管潛力巨大,，但以現(xiàn)有的技術(shù)條件尚不具備取代傳統(tǒng)工藝的實力,，其在規(guī)模經(jīng)濟、加工精度,、材料等方面仍存在明顯不足,。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢仍主要體現(xiàn)在小批量、定制化,、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品制造領(lǐng)域,。因此，在未來相當(dāng)長的時期內(nèi),，3D打印對于傳統(tǒng)制造工藝而言,，都是一種補充,，而非顛覆。這個判斷其實也是業(yè)內(nèi)的普遍共識,，Stratasys中國公司總經(jīng)理表示,，全球主流3D打印企業(yè)中，實際上沒有一家將打印最終產(chǎn)品作為主要市場方向,。西安交大的盧秉恒院士,、華中科技大學(xué)的史玉升教授等國內(nèi)3D打印專家都表示，目前還看不到3D打印取代傳統(tǒng)制造工藝的可能,。

當(dāng)然,，如果放在足夠長的時間內(nèi)考慮，也不能完全排除3D打印帶來新工業(yè)革命的可能,。就像《經(jīng)濟學(xué)人》所說：“偉大發(fā)明所能帶來的影響,，在當(dāng)時那個年代都是難以預(yù)測的，1750年的蒸汽機如此,，1450年的印刷術(shù)如此,，1950年的晶體管也是如此。我們?nèi)匀粺o法預(yù)測,，3D打印機將在漫長的時光里將如何改變世界,。”

來源： 寶雞鈦產(chǎn)業(yè)研究院