3D打印行业深度研究报告
根据2013版的Wohlers显示，2013年全球3D打印市场规模约40亿美元，相比2012年几乎翻了一番。其大体分布概况是欧洲约10亿美元，美国约15亿美元，中国所占份额约3亿美元。而据Wohlers和研兄机构Gartner统计，预计2017年3D打印设备销售额将达到将近50-60亿美元，整个市场将维持近20%增长率。
当前3D打印领域主要业务包括:设备制造、打印材料和打印服务。据此，我们将目前市场上的厂商分为以下3类:设备制造商、材料提供商和打印服务商。目前3D打印成本较高，主要由于设备成本和材料成本处于较高水平。以金属3D打印为例，根据匡算，在总的成本构成中，设备成本占到总制造成本的约3/4，耗材成本以及后期处理成本分别占比为11%和7%。
上游环节:根据Wohlers Associates统计显示，2012工业级3D打印设备中，销售额前三位分别为光固化31%， FDM材料挤出22%，粉末尿熔化21%。而服务商最想购买的设备来看，以金属粉末作为主要耗材的粉末床熔化设备的需求量超过了整体的一半以上。金属材料将成为工业发展的趋势，而粉末制备是3D打印非常重要的一个技术难度，直接影响3D打印技术进步的快慢。
中游设备:中游设备大致分为高端和低端两类，大多数中小企业的产品集中在门槛较低的基于塑料热熔融技术的低端设备。在较高端的基于激光熔覆技术的高端设备方面，某些具有核心技术和应用市场拓展能力的企业具备一定优势。
下游服务:在工业领域中，3D打印目前先在军工、核电等价格不敏感型领域率先推广和应用，主要针对大型、小批量、非标准件产品，尤其在试制模型阶段。
一、3D打印:第三次工业革命的标志性生产工具
3D打印技术是指由计算机辅助设计模型(CAD)直接驱动的，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等材料，在快速成形设备里分层制造任何复杂形状的物理买体的技术。基本流程是，先用计算机软件设计三维模型，然后把三维数字模型离散为面、线和点，再通过3D打印设备分层堆积，最后变成一个三维的买物。
传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。3D打印将多维制造变成简单的由下而上的二维叠加，从而大大降低了设计与制造的复杂度。同时，3D打印还可以制造传统方式无法加工的奇异结构，尤其适合动力设备、航空航天、汽车等高端产品上的关键零部件的制造。
上一轮的工业革命中，制造业主要通过批量化的流水线制造和集约生产来降低生产成本，买现规模效益。原来是制造商和消费者分离，现在是制造商和消费者合为一体，开展自工业化。3D打印将引发真正意义上的制造业革命，产业组织形态和供应链模式都将被重新构建，带来无穷的创新空间
（一）3D打印仍处于前沿科学
根据2012年Gartner技术成熟曲线显示，目前3D打印技术处于“过高期望的峰值”Peak of InflatedExpectations:在此阶段的特征就是早期公众过分关注。:在此阶段的特征就是早期公众过分关注。
回顾过去10年，2000年3D打印出现一轮高潮，当时的概念为“快速成型”，全国很多地方都建立相应的生产力促进中心，主要购买光固化设备。但是后来受到CNC技术(数控加工，是数字化加工的一种，属于去除加工的形式)的党争，很多快速成型的工艺，CNC也能做，且快速成型生产的产品在精度和效率方面都高于3D打印;之后3D打印在工业上慢慢姜缩。当然，过去10年3D打印技术也在发展，目前已经达到与铸造精度相媲美的技术水平，但与一般的工业应用仍有距离。目前，3D打印是作为CNC技术的一个补充。
目前3D打印仍待解决的问题包括:1)材料，开发专用材料的成本大。2)行业标准待建立。3)涉及到法律法规及伦理领域的问题。
（二）欧美发展:应用广泛
3D打印技术诞生于上世纪80年代的美国，此后马上出现第一波小高潮，美国很快涌现出多家3D打印公司:1984年，CharlesHull开始研发3D打印技术，1986年，他自立门户，创办了世界上第一家3D打印技术公司(3D Systems公司也是目前3D市场领军者之一)，同年发布了第一款商用3D打印机。
1988年，Scott Crump发明了FDM(热熔挤韦，}成型)技术，并于1989年成立了现在的另一家3D打印上市公司Stratasys( NASDAO:SSYS，该公司在1992年卖出了第一台商用3D打印机。
到了21世纪初，3D打印沉寂下来，许多人开始质疑这种技术的可靠性，当时只能做一些塑料模型，强度和精度都不高。直到2008年，开源3D打印项目【RepRap】发布“Darwin", 3D打印机制造进入新纪元;同年，Objet推出Connex500，让【多材料】3D打印成为可能。
在欧美3D打印技术已经广泛应用。目前限制金属材料发展的主要的问题是其成形制造效率不高，每个小时大约只有100-3000克。
（三）国内发展:设备多集中在教育领域
中国从1991年开始研兄3D打印技术，当时的名称叫快速原型技术(Rapid Prototyping，即开发样品之前的买物模型;具体在国际上有几种成熟的工艺，分层买体制造(LOM、立体光刻(SL ),熔融挤压(FDM、激光烧结(SLS)等(后文会将重要技术一一详述)，国内也在不断跟踪开发。2000年前后，这些工艺从买验室研究逐步向工程化、产品化转化。
由于做出来的只是原型，而不是可以使用的产品，而且国内对产品开发也不重视，大多是抄袭，所以快速原型技术在中国工业领域普及得很慢，全国每年仅销售几十台快速原型设备，主要应用于职业技术培训、高校等教育领域。
2000年以后，清华大学、华中科技大学、西安交大等高校继续研究3D打印技术。西安交大侧重于应用，做一些模具和航空航天的零部件;华中科技大学开发了不同的3D打印设备;清华大学把快速成形技术转移到企业一一殷华(后改为太尔时代)后，把研究重点放在了生物制造领域。
目前国内的3D打印设备和服务企业一共有二十多家，规模都较小。一类是十年前就开始技术
研发和应用，如北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等。这些企业都有自身的核心技术。另一类是2010年左右成立的，如湖南华曙、先临三维、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等。而华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构是重要的3D技术培育基地。
（四）国内外技术差距大
从2012年设备数量上看，美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%，而中国只有8%左右。国内3D打印在过去20年发展比较缓慢，在技术上存在瓶颈。1)材料的种类和性能受限制，特别是使用金属材料制造还存在问题。2)成形的效率需要进一步提高。3)在工艺的尺寸、精度和稳定性上迫切需要加强。
随着美国“再工业化、再制造化”的口号呼喊，3D打印所打造的少劳动力制造将给美国极大的动力去发展。中国与美国的差距主要表现在:1)产业化进程缓慢，市场需求不足;2)美国3D打
印产品的快速制造水平比国内高;3)烧结的材料尤其是金属材料，质量和性能比我们好;4)激光烧结陶瓷粉末、金属粉末的工艺方面还有一定差距;5)国内企业的收入结构单一，主要靠卖3D打印设备，而美国的公司是多元经营，设备、服务和材料基本各占销售收入的1/3。在全球3D模型制造技术的专利实力榜单上，美国3DSystems公司、日本松下公司和德国EOS公司遥遥领先。
展望未米，3D打印是以数字化、网络化为基础，以个性化、短流程为特征，实现直接制造、桌边制造和批量定制的新的制造方式。其生长点表现在:与生物工程的结合，与艺术创造的结合，与消费者直接结合。
目前，在欧美等发达国家，3D打印技术的应用已较为广泛，大到飞行器、赛车，小到服装、手机外壳、甚至是人体组织器官。尤其在一些交叉学科领域中，3D打印的应用更加明显。
二、 3D打印细分工艺:未来主流方向是金属打印
根据打印所用材料及生产片层方式的不同，实现方法有以下几种:1)熔化或软化材料产生层。2)液体材料加工方法。3)层压板制造(LOM，将纸、聚合物、金属等材料薄层剪裁成一定形状
并粘接在一起。这些3D打印技术由不同公司研发倡导，主要区别在于打印速度、成本、可选材料及彩能力等。
（一） FDM:最早的3D打印技术
FDM技术是由Stratasys公司于3d打印未来发展方向1980年中后期发明。该成型设备采用成卷的塑料丝或金属丝作为材料，工作时将材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。打印完成后，拿掉固定在零件或模型外部的支撑材料即可。
整个成型过程需要恒温环境，熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却，容易造成翘曲和开裂，适当的环境温度最大限度地减小这种造型缺陷，提高成型质量和精度。由于FDM工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。
目前，FDM技术可以打印的材料包括ABS,聚碳酸醋、PLA,聚苯矾等。与其他的3D打印技术相比，FDM是唯一使用工业级热塑材料作为成型材料的积层制造方法，打印出的物件具有可
耐受高热、腐蚀性化学物质、抗菌和强烈的机械应力等特性，被用于制造概念模型、功能模型，甚至直接制造零部件和生产工具。
FDM技术被Stratasys公司的Dimension, uPrint和Fortus全线产品以及惠普大幅面打印机作为核心技术所采用。由于其成型材料种类多，成型件强度高、精度高，表面质量好，易于装配、无公害，可在办公室环境下进行等特点，使得该工艺发展极为迅速，目前FDM在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30% 。
2012年3月，Stratasys公司发布的超大型快速成型系统Fortus 900mc，代表了当今FDM技术的最高成型精度、成型尺寸和产能，成型尺寸高达914.4mm X696mmX914.4mm，打印误差为每毫米增加0.0015 -0.089mm，打印层厚度最小仅为0.178mm,被用于打印真正的产品级零部件。
（二）粒状物料成型技术
(1)激光烧结
激光烧结是在拉状层中选择性地融化打印材料，通常采用激光来烧结材料并形成固体。在这
种方法中，未融化的材料作为生成物件的支撑薄壁，从而减少了对其他支撑材料的需求。激光烧结技术主要包括2种类型:一种是SLS技术，主要采用金属和聚合物为打印材料，具体包括尼龙、添加玻璃纤维的尼龙、刚性玻璃纤维、聚醚铜、聚苯乙烯、尼龙及铝粉等混合材料、尼龙及碳纤维的混合材料、人造橡胶等，3DSystems公司的sPro系列3D打印机就是采取SLS技术;另一种是直接金属激光烧结(DMLS)技术，已经实现可打印几乎任何金属合金，具有代表性的设备是德国EOS公司的直接金属激光烧结设备。

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