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來源︰新材料在線

發表時(shi)間︰2020-03-06

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前(qian)言

近日,美國出台了一份針對(dui)關鍵技術和相關產品的(de)出口管制(zhi)提(ti)案,此舉意(yi)在保證其在科技、工程和制(zhi)造領(ling)域的(de)領(ling)導地位不受影響(xiang)。該提(ti)案羅(luo)列了14類新興和基礎(chu)技術,3D打印技術赫然在列。作為一項可能改(gai)變制(zhi)造業的(de)技術,3D打印自誕生(sheng)以來便受到發達(da)國家的(de)高度重視,紛(fen)紛(fen)將其列為國家戰略(lue)技術。在各國政策的(de)支持下,3D打印產業化迅速推ping) 繞涫span>2009年(nian)以yuan)螅span>3D打印便進(jin)入快速通道(dao),市場規模從2009年(nian)10.6億美元增長到2017年(nian)的(de)73.4億美元,增長近6倍(bei),復(fu)合增長率(lv)高達(da)27%,成(cheng)為先進(jin)制(zhi)造業中冉冉升起(qi)的(de)新星(xing)。

2018年(nian),全(quan)球3D打印行業仍(reng)呈(cheng)現“二超多(duo)強”的(de)競爭格局,而(er)隨著國際科技巨(ju)頭參與競爭,多(duo)強的(de)競爭將愈演(yan)愈烈。中國企業開(kai)始嶄(zhan)露頭角(jiao),部分zhi)笠到jin)入全(quan)球十強,盡管如此,國內企業和國外頭部玩家存在巨(ju)大差距(ju),中國3D打印產業發展任重而(er)道(dao)遠。基于此背景(jing),賽瑞研究整理平(ping)台數據,結合實地走(zou)訪和專家訪談(tan),編制(zhi)了《2018年(nian)3D打印產業發展報(bao)告》,旨在厘清3D打印發展之(zhi)現狀chu) 崖mai)未來發展之(zhi)趨勢,為廣大3D打印產業人士、投(tou)資者(zhe)及(ji)政府產業園(yuan)提(ti)供產業發展思路(lu)。

報(bao)告詳細解構了3D打印產業鏈上、中、下游;對(dui)3D打印整體行業、3D打印設(she)備及(ji)3D打印材料的(de)市場現狀進(jin)行了分析並(bing)對(dui)未來ci)諧】jin)行了預測(ce);梳理了目前(qian)主(zhu)流、前(qian)沿(yan)的(de)3D打印技術,並(bing)對(dui)未來應用meng)諧Πqian)景(jing)進(jin)行了分析;分析了重點企業發展情況並(bing)梳理出國內3D打印產業園(yuan)及(ji)產業同盟(meng)。



第一章(zhang) 產業概述

第一節 3D打印概念
3D打印(3D printing),即快速成(cheng)形技術的(de)一種,它(ta)是一種以數字模型文件為基礎(chu),通過逐層打印的(de)方式來構造物(wu)體的(de)技術,通常也被稱(chen)為增材制(zhi)造(Additive manufacturing)。3D打印的(de)基本(ben)原理是離散(san)-堆積原理。

典型的(de)3D打印流程圖



資料來源︰賽瑞研究

第二節 3D打印發展歷程

3D打印的(de)核心思想起(qi)源于19世紀末的(de)美國,當時(shi)美國研究出了的(de)照相雕塑和地貌成(cheng)形技術,隨後產生(sheng)了打印技術的(de)3D打印核心制(zhi)造思想。1984年(nian),查(cha)爾斯(si)胡(hu)爾將光學技術應用于快速成(cheng)型領(ling)域,並(bing)于1986年(nian)成(cheng)立(li)了世界上第一家生(sheng)產3D打印設(she)備的(de)公司︰3D Systems,由(you)此拉開(kai)了3D打印的(de)帷幕。在此後的(de)幾十年(nian)里,各種3D打印技術在多(duo)個行業應用並(bing)行發展。

世界3D打印發展歷程

資料來源︰賽瑞研究

第三節 3D打印技術分類

3D打印發展至今(jin),出現了種類繁bei)嗟de)成(cheng)型技術。目前(qian)市場上主(zhu)流的(de)3D打印技術包(bao)括︰熔融沉積成(cheng)型(FDM)、光固化成(cheng)型(SLA)、三維(wei)打印快速成(cheng)型(3DP)、選區激光燒結成(cheng)型(SLS)、激光熔覆(fu)成(cheng)型(LMD)、電(dian)子束熔化成(cheng)型(EBM)、聚合物(wu)噴射成(cheng)型(PolyJet)。根據成(cheng)型原理特點,本(ben)文將UV紫外線成(cheng)型技術、DLP激光成(cheng)型技術、發光二極管(LED)成(cheng)型技術都歸納為光固化成(cheng)型技術。隨著技術發展,新技術也在不斷(duan)涌現,如連續液體界面提(ti)取(qu)技術(CLIP)、納米顆粒(li)噴射成(cheng)型(NPJ)等qu)/span>

一、熔融沉積成(cheng)型(FDM

熔融層積技術(FusedDeposition Modeling, FDM),即利用高溫(wen)將材料熔化,通過打印頭擠出成(cheng)細絲(si),在構件平(ping)台堆積成(cheng)型。FDM是最簡單也是最常見的(de)3D打印技術,通常應用于桌面級(ji)3D打印設(she)備。使用FDM技術的(de)3D打印機(ji)通過將熱塑性(xing)材料加(jia)熱到半液體狀態並(bing)沿(yan)計算器控制(zhi)的(de)路(lu)線進(jin)行擠壓逐層構造零件。FDM使用兩種材料來執行打印作業︰用于構成(cheng)成(cheng)品的(de)建模材料和用作支架的(de)支撐(cheng)材料。材料絲(si)從3D打印機(ji)的(de)材料倉送入在XY坐標上移動的(de)打印頭,材料打印完一層後,通過基板下移或者(zhe)打印頭fei)弦頻de)方式開(kai)始下一層的(de)打印。完成(cheng)模型構建後,用戶可剝除支撐(cheng)材料或用特殊溶(rong)液將它(ta)溶(rong)解,然後即可使用該零件。


第二章(zhang) 3D打印產業鏈分析

第一節 3D打印產業鏈介紹(shao)

3D打印產業上游︰主(zhu)要(yao)包(bao)括原材料及(ji)前(qian)端設(she)計。3D打印材料是產業鏈條發展的(de)關鍵環節,材料制(zhi)備技術是否能夠滿足產業發展需要(yao)3D打印材料和打印機(ji)生(sheng)產的(de)nan)惹qian)條件。前(qian)端設(she)計是3D打印的(de)重要(yao)基礎(chu),通過模型、軟件提(ti)供逆向工程所需的(de)數據。

3D打印產業中游︰中游主(zhu)要(yao)為設(she)備及(ji)制(zhi)造服務,參與者(zhe)包(bao)括3D打印機(ji)設(she)備商和3D打印制(zhi)造服務商,這個階段將3D打印產品fei)sheng)產出來chu)/span>

3D打印產業下游︰終端應用領(ling)域。主(zhu)流應用包(bao)括航空航天、汽車、醫療、文化創(chuang)意(yi)等領(ling)域,也有一些(xie)特殊的(de)應用領(ling)域,目前(qian)發展尚處于幾fu)拷錐危 bao)括人像打印、食chen)反蠐  ㄖ蠐〉攘ling)域。

3D打印產業鏈結構


資料來源︰賽瑞研究



第二節 上游原材料

材料技術是3D打印技術的(de)核心之(zhi)一,從某(mou)種程度上直接制(zhi)約(yue)了3D打印的(de)發展進(jin)程。從3D打印技術的(de)發展歷程可以看出,一種新的(de)打印技術出現,必須依賴材料的(de)固有特性(xing)。由(you)于材料在物(wu)理形態,化學性(xing)能等方面的(de)千差萬別(bie),才形成(cheng)了今(jin)天3D打印材料的(de)多(duo)品種和3D打印的(de)不同成(cheng)型方法。比如︰SLA技術依賴樹脂光固化特性(xing),SLS依賴可燒結粉(fen)末材料性(xing)能,FDM依賴塑料的(de)熱流動性(xing)等qu)/span>

比起(qi)傳統的(de)制(zhi)造業,用于三維(wei)打印的(de)材料選擇是有限的(de)。一方面,3D打印材料需要(yao)匹配不同的(de)打印技術要(yao)求,能有利于快速、精確地加(jia)工原型零件;另(ling)一方面,3D打印零件應當接近最終要(yao)求,盡量(liang)滿足對(dui)強度qu) 斬取(qu) 統筆 xing)、熱穩定性(xing)能等的(de)要(yao)求。具體到細分類型,不同的(de)成(cheng)型原理對(dui)材料基本(ben)性(xing)能的(de)要(yao)求也不同。本(ben)節主(zhu)要(yao)介紹(shao)3D打印中常用的(de)四大類材料,即金屬粉(fen)末、光固化樹脂、塑料、陶瓷

第三節 中游設(she)備

3D打印設(she)備是整個產業中最重要(yao)的(de)一環。首先,設(she)備商是3D打印技術的(de)推動者(zhe),要(yao)實現3D打印,首先要(yao)完成(cheng)設(she)備的(de)制(zhi)造,每(mei)一種新的(de)3D打印設(she)備出現,都意(yi)味著一種新的(de)3D打印技術出現;其次,每(mei)一台3D打印設(she)備就(jiu)是一個加(jia)工制(zhi)造中心,設(she)備商掌(zhang)握整個3D打印過程的(de)核心技術,因此,在3D打印領(ling)域,設(she)備商往往同時(shi)扮演(yan)者(zhe)3D打印加(jia)工制(zhi)造服務的(de)角(jiao)色(se);再(zai)次,設(she)備商是3D打印技術應用的(de)推廣者(zhe),可以直接為終端用戶提(ti)供綜合解決方案。

3D打印設(she)備可以分為兩大類型︰一類是生(sheng)產價格在數萬美元到數十萬美元之(zhi)間的(de)設(she)備,主(zhu)要(yao)應用于工業生(sheng)產,通常稱(chen)其為工業級(ji)設(she)備;另(ling)一類是主(zhu)要(yao)針對(dui)個人消費者(zhe)的(de)設(she)備,這類設(she)備價格低廉,售(shou)價通常在數千美元甚(shen)至是數百美元,通常稱(chen)其為桌面級(ji)設(she)備。

一、工業級(ji)設(she)備

工業級(ji)打印機(ji)價格昂貴,主(zhu)要(yao)用于加(jia)工大尺(chi)寸的(de)產品,一般使用SLS/SLM3DPEBMSLAPolyJetFDM等技術,應用領(ling)域主(zhu)要(yao)有汽車、國防航空航天、工業機(ji)械(xie)、消費品、家電(dian)等工業領(ling)域。國際上工業級(ji)打印機(ji)巨(ju)頭3D systemsStratasysEOS等reng)誚span>30年(nian)里不斷(duan)推出適用于不同領(ling)域的(de)新產品,將3D打印植入工業化制(zhi)造中,使3D打印成(cheng)功成(cheng)為推動國際工業化的(de)重要(yao)力量(liang)。

SLA設(she)備方面。3D systems公司是該領(ling)域的(de)鼻祖,其推出的(de)Figure 4設(she)備具備可擴展、全(quan)集成(cheng)式、可用于直接you)sheng)產的(de)功能,其最大特點在于3D生(sheng)產模塊可以yuan)蔥櫪┬梗 蠓ti)高3D打印的(de)生(sheng)產效率(lv)、降低3D 打印機(ji)的(de)成(cheng)本(ben)。

3D systems公司Figure 4設(she)備

資料來源︰3DS,賽瑞研究


二、桌面級(ji)設(she)備

桌面級(ji)3D打印機(ji)在市面上種類繁bei)啵  浠ben)的(de)工作原理相似,采用FDM技術(技術原理見第一章(zhang))。桌面級(ji)3D打印設(she)備最初由(you)Stratasys公司于2002年(nian)推出,2008年(nian),第一款開(kai)源的(de)桌面級(ji)3D打印機(ji)RepRap發布,此後涌現出各類桌面3D打印設(she)備商。

隨著競爭加(jia)劇,桌面打印機(ji)價格逐步下降,國外眾籌創(chuang)業平(ping)台已經出現了3000元人民(min)幣左右的(de)3D打印機(ji)。性(xing)能指標及(ji)外觀(guan)方面,桌面機(ji)也在不斷(duan)完善,甚(shen)至部分桌面3D打印設(she)備開(kai)始向工業級(ji)打印機(ji)看齊,大型工業級(ji)打印機(ji)生(sheng)產公司也逐步涉入桌面領(ling)域。

RepRaP開(kai)源設(she)備(左)和Stratasys公司uPrint SEPlus設(she)備(右)

圖片來源︰RepRap, 3DS,賽瑞研究

第四節 下游應用

3D打印已在航空航天、汽車、機(ji)械(xie)制(zhi)造、軍事、建築、影視、家電(dian)輕工、醫學、考(kao)古、文化藝術、雕刻(ke)、珠寶等領(ling)域都得(de)到廣泛(fan)應用,並(bing)且隨著這一技術本(ben)身(shen)的(de)發展,其應用領(ling)域將不斷(duan)拓展。本(ben)節主(zhu)要(yao)分析四大主(zhu)流應用︰航空航天、汽車、醫療、文化創(chuang)意(yi)。

3D打印產業鏈結構


資料來源︰賽瑞研究




第三章(zhang) 3D打印產業市場分析

第一節 3D打印市場概況及(ji)產業特點

過去26年(nian)間,全(quan)球所有3D打印產品fan)頭袷杖氳de)年(nian)復(fu)合增長率(lv)為27.3%。近五年(nian),隨著3D打印服務的(de)不斷(duan)滲透,3D打印產業呈(cheng)迅速增長。2017年(nian),全(quan)球所有3D打印產品fan)頭褡槌cheng)的(de)3D打印市場增長21%,達(da)到73.36億美元,相比2016年(nian)增長17.4%,預計未來5年(nian),全(quan)球3D打印市場還(huai)將保持高速增長,到2022年(nian),市場達(da)220億美元,5年(nian)復(fu)合增長率(lv)達(da)24.5%

2003-2022年(nian)全(quan)球3D打印市場規模、增速及(ji)預測(ce)(億美元,%


資料來源︰Wohlers,賽瑞研究



作者(zhe)︰BEN LEE

以上內容均源自于《2018年(nian)3D打印行業研究報(bao)告》,報(bao)告全(quan)篇文字38000+,數據圖表60+,內容涵(han)蓋全(quan)面的(de)3D打印技術梳理、專業的(de)產業鏈解析、詳實的(de)行業數據分析及(ji)深入的(de)企業分析。


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