全球3D打印產(chǎn)業(yè)鏈全面分析報(bào)告匯總

根據(jù)2013版的Wohlers顯示，2013年全球3D打印市場規(guī)模約40億美元，相比2012年幾乎翻了一番。其大體分布概況是歐洲約10億美元，美國約15億美元，中國所占份額約3億美元,。而據(jù)Wohlers和研兄機(jī)構(gòu)Gartner統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)2017年3D打印設(shè)備銷售額將達(dá)到將近50-60億美元,，整個(gè)市場將維持近20%增長率,。



　　當(dāng)前3D打印領(lǐng)域主要業(yè)務(wù)包括：設(shè)備制造,、打印材料和打印服務(wù)。據(jù)此,，我們將目前市場上的廠商分為以下3類：設(shè)備制造商,、材料提供商和打印服務(wù)商。目前3D打印成本較高,，主要由于設(shè)備成本和材料成本處于較高水平,。以金屬3D打印為例，根據(jù)匡算,，在總的成本構(gòu)成中,，設(shè)備成本占到總制造成本的約3/4，耗材成本以及后期處理成本分別占比為11%和7%,。

　　上游環(huán)節(jié)：根據(jù)Wohlers Associates統(tǒng)計(jì)顯示,，2012工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備中，銷售額前三位分別為光固化31%,， FDM材料擠出22%,，粉末尿熔化21%。而服務(wù)商最想購買的設(shè)備來看,，以金屬粉末作為主要耗材的粉末床熔化設(shè)備的需求量超過了整體的一半以上,。金屬材料將成為工業(yè)發(fā)展的趨勢,，而粉末制備是3D打印非常重要的一個(gè)技術(shù)難度,，直接影響3D打印技術(shù)進(jìn)步的快慢。

　　中游設(shè)備：兵馬未動(dòng),，糧草先行,。我們認(rèn)為隨著3D打印行業(yè)的興起，設(shè)備廠商作為早周期部分將顯著受益,。中游設(shè)備大致分為高端和低端兩類,，大多數(shù)中小企業(yè)的產(chǎn)品集中在門檻較低的基于塑料熱熔融技術(shù)的低端設(shè)備，缺乏投資價(jià)值,。在較高端的基于激光熔覆技術(shù)的高端設(shè)備方面,，某些具有核心技術(shù)和應(yīng)用市場拓展能力的企業(yè)具備一定投資價(jià)值。

　　下游服務(wù)：在工業(yè)領(lǐng)域中,，3D打印可能會(huì)率先在軍工,、核電等價(jià)格不敏感型領(lǐng)域率先推廣和應(yīng)用，主要針對(duì)大型,、小批量,、非標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品，尤其在試制階段的經(jīng)常進(jìn)行修改的產(chǎn)品,。

　　此外,，從量化角度看,，鑒于海內(nèi)外股市大環(huán)境的不同，海外和國內(nèi)的3D概念股的走勢也十分迥異,，總體的相關(guān)性不高,，相關(guān)系數(shù)不到0.1，不過分年來看,，2014年以來,，海內(nèi)外3D打印概念股的聯(lián)動(dòng)性明顯增強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)超過0.2,。個(gè)股方面,，2014年初至今，金運(yùn)激光,、高樂股份,、新北洋、光韻達(dá),、拓斯達(dá),、南風(fēng)股份和深圳惠程受海外3D打印指數(shù)的帶動(dòng)最為明顯，相關(guān)系數(shù)都超過0.2,，且在統(tǒng)計(jì)上顯著,。國內(nèi)3D概念股與海外概念股之間的聯(lián)動(dòng)性，在別除掉時(shí)差因素后基本同步,，不存在明顯的更長期的領(lǐng)先滯后關(guān)系,。

　　不確定性分析：3D打印雖然已經(jīng)發(fā)展了近30年，但A股市場的投資潮也是近3年才興起,。因此產(chǎn)學(xué)結(jié)合以及下游需求的培育情況均成為投資的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),。

　　一、3D打�,。旱谌�次工業(yè)革命的標(biāo)志性生產(chǎn)工具

　　3D打印技術(shù)是指由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型(CAD)直接驅(qū)動(dòng)的,，運(yùn)用金屬、塑料,、陶瓷,、樹脂、蠟,、紙,、砂等材料，在快速成形設(shè)備里分層制造任何復(fù)雜形狀的物理買體的技術(shù),�,；�本流程是，先用��(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)三維模型，然后把三維數(shù)字模型離散為面,、線和點(diǎn),，再通過3D打印設(shè)備分層堆積，最后變成一個(gè)三維的實(shí)物,。

　　傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”,，3D打印則是“增材制造技術(shù)”，具有制造成本低,、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢,，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具”。3D打印將多維制造變成簡單的由下而上的二維疊加,，從而大大降低了設(shè)計(jì)與制造的復(fù)雜度,。同時(shí)，3D打印還可以制造傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結(jié)構(gòu),，尤其適合動(dòng)力設(shè)備,、航空航天、汽車等高端產(chǎn)品上的關(guān)鍵零部件的制造,。

　　上一輪的工業(yè)革命中,，制造業(yè)主要通過批量化的流水線制造和集約生產(chǎn)來降低生產(chǎn)成本，買現(xiàn)規(guī)模效益,。原來是制造商和消費(fèi)者分離,，現(xiàn)在是制造商和消費(fèi)者合為一體，開展自工業(yè)化,。3D打印將引發(fā)真正意義上的制造業(yè)革命,，產(chǎn)業(yè)組織形態(tài)和供應(yīng)鏈模式都將被重新構(gòu)建，帶來無窮的創(chuàng)新空間,。

　�,。ㄒ唬�3D打印仍處于前沿科學(xué)

　　根據(jù)2012年Gartner技術(shù)成熟曲線顯示，目前3D打印技術(shù)處于“過高期望的峰值”Peak of Inflated Expectations：在此階段的特征就是早期公眾過分關(guān)注,。

　　回顧過去10年，2000年3D打印出現(xiàn)一輪高潮,，當(dāng)時(shí)的概念為“快速成型”,，全國很多地方都建立相應(yīng)的生產(chǎn)力促進(jìn)中心，主要購買光固化設(shè)備,。但是后來受到CNC技術(shù)(數(shù)控加工,，是數(shù)字化加工的一種，屬于去除加工的形式)的黨爭,，很多快速成型的工藝,，CNC也能做，且快速成型生產(chǎn)的產(chǎn)品在精度和效率方面都高于3D打印,；之后3D打印在工業(yè)上慢慢姜縮,。當(dāng)然，過去10年3D打印技術(shù)也在發(fā)展,，目前已經(jīng)達(dá)到與鑄造精度相媲美的技術(shù)水平,，但與一般的工業(yè)應(yīng)用仍有距離。目前,，3D打印是作為CNC技術(shù)的一個(gè)補(bǔ)充,。

　　目前3D打印仍待解決的問題包括：1)材料，開發(fā)專用材料的成本大,。2)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)待建立,。3)涉及到法律法規(guī)及倫理領(lǐng)域的問題。

　�,。ǘ�）歐美發(fā)展：應(yīng)用廣泛

　　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(3D Systems公司也是目前3D市場領(lǐng)軍者之一),，同年發(fā)布了第一款商用3D打印機(jī)。

　　1988年,，Scott Crump發(fā)明了FDM(熱熔擠韋,，}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。

　�,。ㄈ�）國��(nèi)發(fā)展：設(shè)備多集中在教育領(lǐng)域

　　中國從1991年開始研兄3D打印技術(shù),，當(dāng)時(shí)的名稱叫快速原型技術(shù)(Rapid Prototyping，即開發(fā)樣品之前的買物模型,；具體在國際上有幾種成熟的工藝,，分層買體制造(LOM、立體光刻(SL),，熔融擠壓(FDM,、激光燒結(jié)(SLS)等(后文會(huì)將重要技術(shù)一一詳述)，國內(nèi)也在不斷跟蹤開發(fā),。2000年前后,，這些工藝從買驗(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，而且國內(nèi)對(duì)產(chǎn)品開發(fā)也不重視,，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。

　　目前國內(nèi)的3D打印設(shè)備和服務(wù)企業(yè)一共有二十多家,，規(guī)模都較小,。一類是十年前就開始技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，如北京太爾時(shí)代,、北京隆源、武漢濱湖,、陜西恒通等,。這些企業(yè)都有自身的核心技術(shù)。另一類是2010年左右成立的，如湖南華曙,、先臨三維,、紫金立德、飛爾康,、峰華卓立等,。而華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué),、清華大學(xué)等高校和科研機(jī)構(gòu)是重要的3D技術(shù)培育基地,。

　　（四）國內(nèi)外技術(shù)差距大

　　從2012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40%,，而中國只有8%左右。國內(nèi)3D打印在過去20年發(fā)展比較緩慢,，在技術(shù)上存在瓶頸,。1)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,。2)成形的效率需要進(jìn)一步提高,。3)在工藝的尺寸、精度和穩(wěn)定性上迫切需要加強(qiáng),。

　　隨著美國“再工業(yè)化,、再制造化”的口號(hào)呼喊，3D打印所打造的少勞動(dòng)力制造將給美國極大的動(dòng)力去發(fā)展,。中國與美國的差距主要表現(xiàn)在：1)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢,，市場需求不足；2)美國3D打印產(chǎn)品的快速制造水平比國內(nèi)高,；3)燒結(jié)的材料尤其是金屬材料,，質(zhì)量和性能比我們好；4)激光燒結(jié)陶瓷粉末,、金屬粉末的工藝方面還有一定差距,；5)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3D Systems公司、日本松下公司和德國EOS公司遙遙領(lǐng)先,。

　　展望未來,，3D打印是以數(shù)字化,、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，以個(gè)性化,、短流程為特征,，實(shí)現(xiàn)直接制造、桌邊制造和批量定制的新的制造方式,。其生長點(diǎn)表現(xiàn)在：與生物工程的結(jié)合,，與藝術(shù)創(chuàng)造的結(jié)合，與消費(fèi)者直接結(jié)合,。

　　目前,，在歐美等發(fā)達(dá)國家，3D打印技術(shù)的應(yīng)用已較為廣泛,，大到飛行器,、賽車，小到服裝,、手機(jī)外殼,、甚至是人體組織器官。尤其在一些交叉學(xué)科領(lǐng)域中,，3D打印的應(yīng)用更加明顯,。



　　二、 3D打印細(xì)分工藝：未來主流方向是金屬打印

　　根據(jù)打印所用材料及生產(chǎn)片層方式的不同,，實(shí)現(xiàn)方法有以下幾種：1)熔化或軟化材料產(chǎn)生層,。2)液體材料加工方法。3)層壓板制造(LOM,，將紙,、聚合物、金屬等材料薄層剪裁成一定形狀并粘接在一起,。這些3D打印技術(shù)由不同公司研發(fā)倡導(dǎo),，主要區(qū)別在于打印速度、成本,、可選材料及色彩能力等,。



　　（一） FDM：最早的3D打印技術(shù)

　　FDM技術(shù)是由Stratasys公司于1980年中后期發(fā)明,。該成型設(shè)備采用成卷的塑料絲或金屬絲作為材料,，工作時(shí)將材料供應(yīng)給擠壓噴嘴，噴嘴加熱融化材料,，并在計(jì)算機(jī)輔助制造軟件的控制以及步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,，沿著水平和垂直方向移動(dòng)打印，熱塑性材料湊夠噴嘴擠出,，形成層并迅速硬化,。打印完成后,，拿掉固定在零件或模型外部的支撐材料即可,。

　　整個(gè)成型過程需要恒溫環(huán)境,，熔融狀態(tài)的絲擠出成型后如果驟然受到冷卻，容易造成翹曲和開裂,，適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度最大限度地減小這種造型缺陷,，提高成型質(zhì)量和精度。由于FDM工藝不用激光,，使用,、維護(hù)簡單，成本較低,，同時(shí)兼具成型材料種類多,，成型件強(qiáng)度高、精度較高的特點(diǎn),，使該工藝可以直接制造功能性零件,。

　　目前，F(xiàn)DM技術(shù)可以打印的材料包括ABS,，聚碳酸醋,、PLA，聚苯礬等,。與其他的3D打印技術(shù)相比,，F(xiàn)DM是唯一使用工業(yè)級(jí)熱塑材料作為成型材料的積層制造方法，打印出的物件具有可耐受高熱,、腐蝕性化學(xué)物質(zhì),、抗菌和強(qiáng)烈的機(jī)械應(yīng)力等特性，被用于制造概念模型,、功能模型,，甚至直接制造零部件和生產(chǎn)工具。

　　FDM技術(shù)被Stratasys公司的Dimension,， uPrint和Fortus全線產(chǎn)品以及惠普大幅面打印機(jī)作為核心技術(shù)所采用,。由于其成型材料種類多，成型件強(qiáng)度高,、精度高,，表面質(zhì)量好，易于裝配,、無公害,，可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行等特點(diǎn)，使得該工藝發(fā)展極為迅速,，目前FDM在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30% ,。

　　2012年3月,，Stratasys公司發(fā)布的超大型快速成型系統(tǒng)Fortus 900mc，代表了當(dāng)今FDM技術(shù)的最高成型精度,、成型尺寸和產(chǎn)能,，成型尺寸高達(dá)914.4mm X696mmX914.4mm，打印誤差為每毫米增加0.0015 -0.089mm,，打印層厚度最小僅為0.178mm,，被用于打印真正的產(chǎn)品級(jí)零部件。

　�,。ǘ�）痢☆物料成型技術(shù)

　　(1)激光燒結(jié)

　　激光燒結(jié)是在拉狀層中選擇性地融化打印材料,，通常采用激光來燒結(jié)材料并形成固體。在這種方法中,，未融化的材料作為生成物件的支撐薄壁,，從而減少了對(duì)其他支撐材料的需求。激光燒結(jié)技術(shù)主要包括2種類型：一種是SLS技術(shù),，主要采用金屬和聚合物為打印材料,，具體包括尼龍、添加玻璃纖維的尼龍,、剛性玻璃纖維,、聚醚銅、聚苯乙烯,、尼龍及鋁粉等混合材料,、尼龍及碳纖維的混合材料、人造橡膠等,，3DSystems公司的sPro系列3D打印機(jī)就是采取SLS技術(shù),；另一種是直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可打印幾乎任何金屬合金,，具有代表性的設(shè)備是德國EOS公司的直接金屬激光燒結(jié)設(shè)備,。

　　對(duì)于SLS而言，國產(chǎn)設(shè)備大約100萬元/臺(tái),，進(jìn)口設(shè)備300萬元/臺(tái),，進(jìn)口材料大約100美元/公斤。

　　(2)EBM

　　電子束熔煉是一種金屬部件的積層制造技術(shù),，可打印鈦合金等材料,。電子束熔煉技術(shù)是通過高真空環(huán)境下的電子束將融化的金屬粉末層層疊加，與直接金屬激光燒結(jié)技

　　術(shù)低于熔點(diǎn)的生產(chǎn)環(huán)境有所不同,，EBM技術(shù)生產(chǎn)出的物件密度高,、無空隙且非常堅(jiān)固。采用EBM技術(shù)的代表設(shè)備為瑞典ARCAM公司的EBM系統(tǒng),。

　　(3)PP

　　使用PP技術(shù)的3D打印機(jī)每次噴一層石膏或者樹脂粉末,，并通過橫截面進(jìn)行粘合,。打印機(jī)不斷重復(fù)該過程，直到打印完每一層,。此技術(shù)允許打印全色彩原型和彈性部

　　件,，將蠟狀物、熱固性樹脂和塑料加入粉末一起打印,，還可以增加強(qiáng)度,。采用此打印技術(shù)的代表設(shè)備為3D Systems公司的ZPrinter系列 3D打印機(jī)。

　�,。ㄈ�）光聚合成型技術(shù)

　　(1)SLA

　　SLA的主要實(shí)現(xiàn)途徑是用于生產(chǎn)固件部件的光固化成型技術(shù)。SLA技術(shù)最早由美國3D Systems公司成功買現(xiàn)商業(yè)化,，其生產(chǎn)的Projet系列和iPro系列3D打印設(shè)備均采用了SLA技術(shù),。該技術(shù)由于具有成型過程自動(dòng)化程度高、制作原型表面質(zhì)量好,、尺寸精度高以及能夠買現(xiàn)比較精細(xì)的成型尺寸等特點(diǎn),，因而成為廣泛應(yīng)用的快速成型工藝方法。但SLA系統(tǒng)的缺點(diǎn)是對(duì)液態(tài)光敏聚合物進(jìn)行操作的精密設(shè)備,，對(duì)工作環(huán)境要求苛刻,，同時(shí)，成型件多為樹脂類,，強(qiáng)度,、剛度和耐熱性有限，不利于長期保存,。

　　Objet公司的PolyJet系統(tǒng)是一種噴頭打印技術(shù),，目前已買現(xiàn)以16 -30um的超薄層噴射光敏聚合物材料，并層層構(gòu)建到托盤上,，直至部件制作完成,。每一層光敏聚合物在噴射時(shí)即采用紫外線光固化，打印出的物件即為完全凝固的模型,，無需后固化,。被設(shè)計(jì)用來支撐復(fù)雜幾何形狀的凝膠體支撐材料，通過手剝和水洗即可除去,。

　　(2)DLP

　　在數(shù)字光處理技術(shù)中,，大捅的物體聚合物被暴露在數(shù)字光處理投影機(jī)的安全燈環(huán)境下，暴露的液體聚合物快速變硬,，然后設(shè)備的構(gòu)建盤以較小的增量向下移動(dòng),，液體聚合物再次暴露在光線下。這個(gè)過程不斷重復(fù),，直到模型建成,。最后排出捅中的液體聚合物,，留下買體模型。采用DLP技術(shù)的代表設(shè)備是德國EnvisionTec公司的Ultra 3D打印數(shù)字光處理快速成型系統(tǒng),。

　　DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似,，也是采用光敏樹脂作為打印材料，不同的是SLA的光線是聚成一點(diǎn)在面上移動(dòng),，而DLP在打印平臺(tái)的頂部放置一臺(tái)高分辨率的數(shù)字光處理器(DLP)投影儀,，將光打在一個(gè)面上來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化,，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快,。

　　DLP的應(yīng)用非常廣泛，該技術(shù)最早是由德州儀器開發(fā)的,，它至今仍然是此項(xiàng)技術(shù)的主要供應(yīng)商,。最近幾年該技術(shù)放入3D打印中，利用機(jī)器上的紫外光(白光燈),，照出一個(gè)截面的圖像,，把液態(tài)的光敏樹脂固化。該技術(shù)成型精度高,，在材料屬性,、細(xì)節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

　　SLA與DLP打印所需的液態(tài)光敏樹脂材料也因生產(chǎn)商家和機(jī)型的不同而各有特點(diǎn),，比如EnvisionTec的各類機(jī)型都可以使用EC-500型蠟基液體樹脂材料制造各類精致飾品模型以用于失蠟法鑄造,，但其每千克材料成本高達(dá)幾千元。其民用代表機(jī)型有B9 Creator （2500美元),，F(xiàn)orm 1 （3300美金)等,。

　　（四）3DP三維噴繪打印技術(shù)

　　3DP是一種基于微噴射原理(從噴嘴噴射出液態(tài)微滴),，按一定路徑逐層打印堆積成形的打印技術(shù),，這種技術(shù)和平面打印非常相似。3DP打印機(jī)主要部件為儲(chǔ)粉缸和成形室工作臺(tái),。打印時(shí)首先在成形室工作臺(tái)上均勻地鋪上一層粉末材料,，接著打印頭按照零件截面形狀，將粘結(jié)材料有選擇性地打印到已鋪好的粉末層上,，使零件截面有實(shí)體區(qū)域內(nèi)的粉末材料粘接在一起,，形成截面輪廓，一層打印完后工作臺(tái)下移一定高度,，然后重復(fù)上述過程,。如此循環(huán)逐層打印直至工件完成，再經(jīng)后處理，得到成形制件,。

　　同立體印刷,、疊層買體制造和選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)相比，3DP不需要昂貴的激光系統(tǒng),，具有設(shè)備價(jià)格便宜,、運(yùn)行和維護(hù)成本低的優(yōu)勢。與熔融沉積快速成形技術(shù)相比,，3DP可以在常溫下操作,，具有運(yùn)行可靠，成形材料種類多和價(jià)格低的優(yōu)勢,。此外,，與其它RP系統(tǒng)相比，3DP還有操作簡單,、成形速度快,、制件精度高、成形過程無污染,，適合辦公室環(huán)境使用等優(yōu)點(diǎn)。

　�,。ㄎ澹�幾種方法優(yōu)劣比對(duì)：目前FDM和SLS為主流

　　金屬零件快速制造技術(shù)代表了RP技術(shù)的最新發(fā)展方向,。目前，真正能夠制造精密金屬零件的快速成型技術(shù)只有選擇性激光熔化和選擇性激光燒結(jié),。SLS成型方法成型金屬零件時(shí),，多采用樹脂或低熔點(diǎn)材料包覆的金屬粉末作為原材料，通過激光掃描使樹脂熔化將金屬粉末固結(jié)在一起,，在成型后經(jīng)過脫脂,、浸滲低熔點(diǎn)金屬(如青銅等)來提高致密度。使用該技術(shù)成型,，金屬零件工序復(fù)雜且零件強(qiáng)度與精度多數(shù)情況下仍達(dá)不到要求,。而選擇性激光熔化SLM技術(shù)是一種極具創(chuàng)新的快速成型技術(shù)，能一步加工出具有冶金結(jié)合,，相對(duì)密度接近100%,，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高的尺寸精度的金屬零件,。目前,，金屬3D打印成本偏高是其主要缺點(diǎn)之一。

　　在總成本構(gòu)成中,，購置設(shè)備成本約占總成本的3/4,。而上述兩種工藝的設(shè)備均屬于工業(yè)級(jí)打印設(shè)備，價(jià)格普遍較為昂貴。其次,，金屬3D打印的材料通常有欽粉,、鋁合金粉和不銹鋼粉。耗材成本雖然僅占總成本11%,，但是相較于其他普通金屬材料,，這些材料成本要高出將近10倍左右。如德國EOS公司所生產(chǎn)的不銹鋼粉,、鋁硅粉,、鈦合金粉，其價(jià)格是傳統(tǒng)粉體的10至20倍,。而3D打印用鈦粉成本約為180萬/噸,，是普通航空用鈦材價(jià)格的9倍多。


　　三,、市場現(xiàn)狀：個(gè)人打印高增速,、功能應(yīng)用以模具為主

　　根據(jù)2013版的Wohlers顯示，2013年全球3D打印市場規(guī)模約40億美元,，相比2012年幾乎翻了一番,。其大體分布概況是歐洲約10億美元，美國約15億美元,，中國所占份額約3億美元,。面向工業(yè)的3D打印機(jī)設(shè)置臺(tái)數(shù)按國家進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的話，美國占38%,，位居第一,，其次是日本占9.7%，第三位德國占9.4%,，第四位中國占8.7% ,。



　　近年來，3D打印市場高速發(fā)展,，個(gè)人3D打印市場也已開啟,。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Frost & Sullivan發(fā)布的《2012年全球3D打印市場研究報(bào)告))顯示，從1994年到2011年,，全球3D打印機(jī)市場規(guī)模一直保持高速增長態(tài)勢,，復(fù)合增長率達(dá)到了17.6%。2011年全球個(gè)人3D打印設(shè)備銷售量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,，銷售量從5987臺(tái)猛增至23265臺(tái),，增幅接近300%，大幅超過商用3D打印設(shè)備增速,。國際模協(xié)秘書長羅百輝表示,，從簡單的模具制造,，到發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車,，甚至航天飛機(jī)的零部件生產(chǎn),，都能看到3D打印技術(shù)的身影。航空航天,、醫(yī)療,、汽車和模具制造也通常被認(rèn)為是3D打印在工業(yè)領(lǐng)域四大最有前途的應(yīng)用。現(xiàn)在,，技術(shù)人員又開始構(gòu)想打印出整棟房子,，甚至連房子里的家具和電視也一并“打印”�,；蛟S未來某一天,，你真的不需要請建筑師，就可以在3D打印工廠里“打”出自己的房子,。

　　不過,，從目前看，3D打印還受制于設(shè)備和材料的制約,，在短期內(nèi)很難成長為一個(gè)大眾市場,，也難以替代傳統(tǒng)制造技術(shù)。不過,，這一數(shù)字僅占全球制造市場的0.02%,。在飛機(jī)、核電和火電等行業(yè)所使用的重型機(jī)械,、高端精密機(jī)械裝備上，傳統(tǒng)的焊接和零部件加固的方法使得部件之間的連接并不牢固,，但是使用3D打印技術(shù),，出來的產(chǎn)品是自然無縫連接，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法,。這在飛機(jī),、核電等高端裝備制造行業(yè)的應(yīng)用上非常廣泛。

　　就企業(yè)實(shí)力來看,，目前歐美較具規(guī)模的3D打印企業(yè)的年銷售收入一般都在10億元人民幣左右,，而國內(nèi)目前仍沒有一家企業(yè)收入過億，甚至超過5000萬元的企業(yè)都寥寥無幾,。目前,，我國3D打印行業(yè)整體上發(fā)展不錯(cuò)，設(shè)備,、材料,、軟件等核心領(lǐng)域都能夠不同程度買現(xiàn)自給，并在文化創(chuàng)意、工業(yè),、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用,。但是，缺乏龍頭企業(yè),、核心技術(shù),、成熟的商業(yè)模式，以及市場廣泛應(yīng)用和政策資金扶持,。激光器,、軟件、材料等核心技術(shù)還依賴進(jìn)口,。

　　四,、3D打印未來發(fā)展以及市場空間

　　根據(jù)2013版的Wohlers顯示，2013年全球3D打印市場規(guī)模約40億美元,，2012年全球3D打印產(chǎn)業(yè)整體的銷售規(guī)模達(dá)到22.04億美元,。2010-2012年三年的年復(fù)合增長率達(dá)27%。該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2017年則將進(jìn)一步上升至50億美元,，并且此后整個(gè)市場將維持近20%增長率,。預(yù)計(jì)至2021年，3D打印市場規(guī)模將達(dá)到近110億美元,。

　　2013年我國產(chǎn)值20億元,。世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長羅軍表示：現(xiàn)在還是3D打印技術(shù)的起步階段,、產(chǎn)業(yè)化的初級(jí)階段,。未來3-5年將是3D打印技術(shù)最為關(guān)鍵的發(fā)展機(jī)遇期，如果推進(jìn)順利,，2014年同比翻一番沒有大問題,，而2015年則有望達(dá)到80-100億，到2016年產(chǎn)值將達(dá)百億元人民幣,。

　�,。ㄒ唬� 3D打印在各類應(yīng)用領(lǐng)域中的發(fā)展前景

　　增材制造工藝在材料的利用率上有著明顯的優(yōu)勢。2012年3D打印技術(shù)三個(gè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為普遍：分別為消費(fèi)品和電子占21.8%,，交通設(shè)備占18.6%,，醫(yī)療占16.4% 。

　　在個(gè)人應(yīng)用領(lǐng)域雖然起步較工業(yè)領(lǐng)域稍晚,，但是增長勢頭兇猛,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年全球個(gè)人3D打印設(shè)備銷售量為23265臺(tái),，增長率高達(dá)200%,。雖然2012年的增長率為46.3%,，但就整體而言，近些年3D打印技術(shù)在個(gè)人應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展還是十分迅猛的,。

　�,。�1）航空航天領(lǐng)域：最具發(fā)展前景領(lǐng)域之一

　　由3D打印制造出來的金屬零件完全符合航空航天領(lǐng)域?qū)τ谖磥砥餍翟O(shè)備制造的要求。

　　1)“輕量化”和“高強(qiáng)度”一直是航空航天設(shè)備制造和研發(fā)的主要目標(biāo),。3D打印技術(shù)所制造出來的零件能夠很好的迎合這兩個(gè)要求,，如由激光快速成型技術(shù)打造的一次成型鈦合金的承力能力比普通鍛造、焊接強(qiáng)上近30%,；

　　2)由于航空航天設(shè)備所需要的零部件往往都是一些需要單件定制的小部件,，如果運(yùn)用傳統(tǒng)工藝制作勢必會(huì)存在制作周期過長，且成本過高的問題,。而3D打印技術(shù)

　　低成本快速成型的特點(diǎn)則能很好地彌補(bǔ)這一問題,；3)傳統(tǒng)技術(shù)在生產(chǎn)零件過程中會(huì)造成許多不必要的損耗，對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品,，夸張的時(shí)候原材料利用率僅有不到10%,。而3D打印所特有的增材制造技術(shù)則能很好的利用原材料利用率高達(dá)90% 。

　　舉例而言,，我國第二款自主設(shè)計(jì)的國產(chǎn)大型客機(jī)C919制作飛機(jī)零部件是3D打印應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的典型案例之一,。主要制造的飛機(jī)零件是中央翼緣條，其規(guī)格為長約3米,，重量達(dá)到196Kg,，工序耗時(shí)在一個(gè)月以內(nèi)。若通過傳統(tǒng)工藝制造,，國內(nèi)制造能力尚無法滿足,，向國外采購會(huì)增加成本。

　　截止至2012年11月,，C919的訂單數(shù)已達(dá)到380架,，客機(jī)的首飛時(shí)間定于2015年，預(yù)計(jì)屆時(shí)3D打印飛機(jī)零部件訂單數(shù)量將會(huì)出現(xiàn)一波高峰,。而C919客機(jī)僅僅只是一個(gè)開始，未來3D打印將會(huì)被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,。整個(gè)市場的增長空間將不可限量,。

　　（2）軍工領(lǐng)域：軍備需求增長明確

　　據(jù)外媒報(bào)道稱,，3D打印技術(shù)將會(huì)被應(yīng)用于我國新一代高性能新型戰(zhàn)斗機(jī)之中,，如首款航母艦載機(jī)殲-15、多用途戰(zhàn)機(jī)殲-16,、第五代重型戰(zhàn)斗機(jī)殲-20等,。兩會(huì)期間,，殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰透露，欽合金和M100鋼的3D打印技術(shù),，已被廣泛用于殲-15的主承力部分,，包括整個(gè)前起落架。目前我國前三代戰(zhàn)斗機(jī)保有量約為2000架,，未來幾年我國戰(zhàn)斗機(jī)更新?lián)Q代的步伐會(huì)隨著科技的進(jìn)步而不斷加快,。如果3D打印技術(shù)在第四代戰(zhàn)斗機(jī)上的成功應(yīng)用，勢必會(huì)使得3D打印鈦合金的需求量出現(xiàn)“井噴”的現(xiàn)象,。

　　2014年國防支出預(yù)算將增加12.2%,，升至8082.3億元。我國國防支出預(yù)算首次突破8000億元人民幣,。近四年來國防支出預(yù)算的增幅均在10%以上,，而此次12.2%的增幅也是連降三年后首次回升。國防開支的不斷上升預(yù)示著軍工領(lǐng)域可分的“蛋糕”在不斷做大�,，F(xiàn)代化部隊(duì)是我國軍隊(duì)建設(shè)目標(biāo)之一,，3D打印技術(shù)的應(yīng)用符合提高軍隊(duì)設(shè)備高科技含量的要求。增材制造產(chǎn)品本身耗材少,，質(zhì)量輕,，損耗少的特點(diǎn)不僅僅可以應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)的制造，還能滿足軍工領(lǐng)域其他設(shè)備制造的需要,。今后在這一領(lǐng)域需求量將會(huì)出現(xiàn)大幅的提升,。

　　（3）醫(yī)療領(lǐng)域：新興領(lǐng)域成為中堅(jiān)力量

　　醫(yī)療領(lǐng)域已然成為3D打印應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一,，2012年產(chǎn)能占據(jù)全球產(chǎn)值的16.4%,。且大部分應(yīng)用都集中在假肢制造、牙齒矯正與修復(fù)等方面,。利用3D打印能夠完美地復(fù)制人體結(jié)構(gòu)構(gòu)造,，貼合人體工學(xué)。現(xiàn)如今在歐洲,，使用3D打印制造鈦合金人體骨骼的成功案例就有3萬多例,。

　　隨著科技的不斷進(jìn)步，將3D打印應(yīng)用于組織器官移植的技術(shù)也不單單只停留在理論層面,。2013年5月,，美國俄亥俄州一名六周大男嬰患有支氣管軟化，病情危重,。醫(yī)生利用3D打印機(jī),，制作了一個(gè)夾板，在嬰兒的氣道中開辟了一個(gè)通道,。男嬰最終成功維持呼吸,，幸免于難,。這是醫(yī)學(xué)史上首宗3D打印器官成功移植的案例。

　　根據(jù)美國器官共享網(wǎng)絡(luò)(UNOS)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),，美國等待器官移植的患者人數(shù)在逐年增加,。截止至2014年4月10日，美國在等待器官移植手術(shù)的病患共計(jì)78000余人,。今后這將是一個(gè)需求量極大的市場,。而由于符合要求的器官捐獻(xiàn)數(shù)量不足，以及術(shù)后可能產(chǎn)生的嚴(yán)重排斥性問題,，傳統(tǒng)醫(yī)療手段已然無法滿足現(xiàn)在需要器官移植病患的要求,。因此，今后3D打印在這一領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)非�,？捎^的,。

　　（二）金屬3D打印發(fā)展前景無可限量

　　金屬材料由于其高硬度,，耐高溫等得天獨(dú)厚的特性,，其作為3D打印原材料的發(fā)展空間將會(huì)是巨大的。相較于PVC,，陶瓷等材料金屬3D打印所制造出來的產(chǎn)品可以在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用,，如航天航空、汽車制造,、軍工等,。產(chǎn)業(yè)鏈下游需求面更加寬廣，使得金屬零部件的3D打印技術(shù)在未來的發(fā)展前景更加被業(yè)界所看好,。

　　當(dāng)然,，金屬3D打印在現(xiàn)階段仍然會(huì)遇到一定的技術(shù)難題。因?yàn)榻饘俚娜埸c(diǎn)相對(duì)較高,，所以在成品制造的過程中會(huì)有多種物理過程(如金屬固液形態(tài)的轉(zhuǎn)變),，熱傳導(dǎo)和表面擴(kuò)散等。為了解決這一系列問題,，需要多種制造參數(shù)配合,。相較于其他材料的3D打印技術(shù)，金屬零部件快速成型技術(shù)應(yīng)當(dāng)是最為復(fù)雜的,。因此,，隨著科技的逐步成熟，金屬3D打印技術(shù)進(jìn)步的空間將會(huì)是非常巨大的,。

　　根據(jù)WohlersAssociates統(tǒng)計(jì)顯示，2012年售價(jià)在5000美元以上的工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備中,，按銷售額劃分,，占據(jù)市場前三位的分別是光固化31%,，F(xiàn)DM材料擠出22%粉末尿熔化21%。

　　從另一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析中,，能夠更加直觀的反映未來3D打印市場的發(fā)展走向,。從3D打印服務(wù)商最想購買的設(shè)備來看，以金屬粉末作為主要耗材的粉末床熔化設(shè)備的需求量超過了整體的一半以上,。由此可見,，能夠處理難以加工的金屬材料，符合更廣泛市場應(yīng)用的金屬3D打印技術(shù)更加受到市場的青睞,。

　�,。ㄈ���3D打印在我國的發(fā)展前景

　　目前，我國3D打印技術(shù)尚處于初期發(fā)展階段,。與增材制造技術(shù)發(fā)展最為領(lǐng)先的美國尚有一定的差距,。

　　影響我國3D打印進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化推廣的問題主要可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)。第一,，我國尚沒對(duì)3D打印行業(yè)建立統(tǒng)一的共性標(biāo)準(zhǔn),。由于使用3D打印技術(shù)制造產(chǎn)品的特點(diǎn)為小批量，個(gè)性化,，這就凸顯行業(yè)共性標(biāo)準(zhǔn)的決定性意義,。而國內(nèi)目前整個(gè)行業(yè)尚處于一個(gè)整合度較低，比較無序的階段,。這大大制約了3D打印在國內(nèi)的大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程,；第二，3D打印原材料供給不足已成為制約其在我國發(fā)展的障礙之一,。由于增材制造技術(shù)的特殊性,，耗材在整個(gè)制造過程中起到了決定性的作用。而我國3D打印耗材主要依賴于國外進(jìn)口,，尤其是金屬材料,。過高的材料成本可能成為阻礙發(fā)展的原因之一；國內(nèi)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)比較成熟,，偏低的傳統(tǒng)制造成本,，會(huì)大大降低3D打印技術(shù)的性價(jià)比。在一定程度上削弱市場對(duì)此技術(shù)的重視程度,。

　　雖然目前我國3D打印在產(chǎn)業(yè)化的道路上稍落后于世界其他發(fā)達(dá)國家,，但是在增材制造技術(shù)的研發(fā)上，我國并沒有遜色于其他國家,，甚至在某些領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位,。特別是在利用選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)制造大型零部件這一技術(shù)上，我國更是走在3D打印技術(shù)發(fā)展最為成熟的美國之前,，領(lǐng)先于全球,。

　　王華明教授所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì),，憑借“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成型技術(shù)”獲得“2012年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)”。該項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于我國第二款自主設(shè)計(jì)制造的國產(chǎn)大型客機(jī)C919的零部件制造上,。僅需55天便可以在實(shí)驗(yàn)室中打造出C919機(jī)頭的四個(gè)主風(fēng)檔窗框,。若向國外公司定制，則需至少兩年以上時(shí)間,，且成本也會(huì)相應(yīng)增加許多,。并且以此項(xiàng)技術(shù)所打印出的欽合金零部件很可能大規(guī)模應(yīng)用于我國第四代戰(zhàn)斗機(jī)之上�,？梢�,，今后3D打印在國內(nèi)市場的發(fā)展空間將十分龐大。

　　史玉升教授所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)是我國較早取得3D打印技術(shù)進(jìn)步成就的團(tuán)隊(duì),。其在2001年憑借“選擇性激光燒結(jié)(SLS)”技術(shù),，榮獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。并且以“基于粉末尿的激光燒結(jié)立體打印”技術(shù),，獲得了2011年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng),。其團(tuán)隊(duì)打造的1.2米X1.2米工作面的世界最大“立體打印機(jī)”入選兩院院士評(píng)選的“2011年中國十大科技進(jìn)展新聞”。