国外3D打印企业发展状况研究

国外3D打印企业发展状况研究
作者：江洪，张晓丹
来源：《新材料产业》 2017年第1期
一、综合性3D 打印企业自1984年世界上第1台3D打印机诞生以来,国外3D打印技术得到了蓬勃的发展。

目前，国外3D打印产业正逐步形成完善的产业链，在技术开发和应用领域都形成了成熟的3D打印企业。

在3D打印行业中，美国Steatasys及3D Systems公司通过技术开发、兼并与整合成为了行业巨头，老牌科技产业公司惠普也进军3D产业并助力整个行业技术的发展。

1.3D Systems 公司
1986年立体光刻技术（S LA）的发明人Chatles Hull成立了3D Systems公司，是世界上第1个生产添加制造设备的公司。

1988年，3D Systems公司成功研制了快速成形技术并发布选择性液态光敏树脂固化成形机，这是实现3D打印的基础。

1996年，3D Systems公司推出了Actua 2100，第1次使用了“3D打印机”的称谓[1]。

2001年底，3D S y s t e m s开始施行收购计划来拓展公司的技术范围，拓展的技术有软件、材料、打印机、内容打印。

同期，3D Systems收购了世界上第1台高精度彩色添加制造机的生产商及多色喷墨3D打印领域领导者Z Corporation公司。

2014年，3D Systems公司收购了直接金属3D打印和制造领域的主要服务提供商Layer Wise。

2015年，继续收购了全球第1个将熔融沉积成型技术商业化的3D打印企业BotObjects。

目前，经过多次并购，3D
S y s t e m s公司已经拥有多项3D打印技术，包括立体光刻技术（S L A）、选择性激光烧结技术（S L S）、彩色喷墨印刷技术（C J P）、熔融沉积成型技术（F D M）、多喷印技术（M J P）、直接金属烧结技术（DMS）[2]。

同时，截至2015年12月31日，3D S y s t e m s已经拥有包括快速原型制造系统和方法在内的1 114项技术创新专利，另有264项专利正在申请过程中[3]。

3DS y s t e m s打印产品线包括工业级、专业级和消费级。

在工业级，其3D打印机产品为i P r o系列，该系列产品基于三维立体平版印刷（S L A）、选择性激光烧结( S L S )和选择性激光熔化成型（S L M）技术分化出十多款不同型号（如ProJet 6000、ProJet 7000等）。

在专业级，3D Systems公司Projet系列的20余款3D打印机产品分别适用于不同的行业（如ProJet 3500、Zprinter650、Zprinter 850等）。

在消费级，其最知名的
3D打印机为C u b e系列产品，基于熔融堆积成型（FDM)技术[4]。

3D S y s t ems公司的产品和服务已经在许多行业得到广泛的应用。

例如：航天领域对于复杂、耐用、轻便飞行零件的制造和加工；汽车制造领域设计验证、可视化及新型发动机的研究；医疗领域，定制助听器和假肢，设计更灵活的医疗器械；教育领域，方程、几何可视化及艺术院校的设计活动；制造行业，加快产品开发周期等。

然而3D S y s t ems没有局限于3D 打印设备制造的领域，而是更专注于内容打印解决方案，包括3D打印耗材、3D打印机、按需定制组件服务和3D数字模型制作软件。

3D打印机使用的专有材料也是3D S y s t e m s公司的重要业务，工程塑料、复合材料和金属类材料等打印材料销售额占总销售额的近30%。

3DS y s t e m s服务的销售额比印刷材料还要高，主要的服务包括为客户提供数字成像和设计——三维C A D建模，性能设计的3D创作工具，复制和测量。

同时，还提供专有软件的打印机驱动程序，应用开发和定制设计解决方案的安装，保养及维修服务。

除此之外，3D Systems还提供了一套全面的按需定制（on-demand）服务，以满足客户从设计到生产的全流程要求。

3DS y s t e m s还为客户提供专有
的软件工具，包括A l i b r e D e s i g n，Cu b i f yI n v e n t和R a p i d f o r m。

针对消费级市场，3D S y s t e m s建立了C u b i f y网站，通过线上为客户提供内容创作，内容下载和共享以及线上打印功能。

针对工业级市场，3D Systems 建立了Quickparts网站，
专注于工业级的定制要求。

3D S y s t ems已经逐渐发展为全球化的3D打印企业，其硬件销售、耗材销售、服务销
售是企业发展的3大支柱。

在未来3D Systems将在丰富的产品线基础上，进一步向消费级、高端和专用（医疗）领域发展，扩大市场占有量；增加打印材料的研发投入，生产下一代打印材料；重视3D扫描、设计、测量软件的集成，为客户提供端到端的解决方案；发展云制造，不仅要成为3D打印机领先的供应商，而且要成为3D打印服务的优质提供商[5]。

2．Steatasys 公司
1989年，S c o t t C r u m p成功开发出F D A（熔融快速成型）技术并与同伴共同创
立了S t e a t a s y s 公司。

S t e a t a s y s在1992年推出其3D打印的首个产品。

1995年该公司收购了I BM相关技术；2011年5月，S t r a t a s y s收购了S o l i d s c a p e公司，从而获得了蜡模和铸件制作的先进技术；2012年4月，S t r a t a s y s以14
亿美元收购了拥有Polyjet Matrix技术以色列O b j e t公司；2013年6月，继续收购了MakerBot公司，加强了在桌面消费级市场的影响力。

兼并整合后的S t e a t a s y s公司拥有4大技术平台：F DM技术、P o l y j e tM a t r i x技术、S m o o t h C u r v a t u r ePrinting技术及Extruded plasticf i l ame nt技术，这4种技术特色如表1所示[6]。

截至2015年12月31日，现在S t r a t a s y s
公司已经是在世界各国拥有800多个专利。

按照用途及容量分
类，S t r a t a s y s的打印机产品有Idea、Design、Production和Dental等4个系列。

各系列打印机产品的比较如表2所示。

此外，收购MakerBot后，Stratasys得到MakerBot Replicator2的桌面级和实验室级3D
打印机产品以及相关的扫描设 Digitizer 3DScanner、3D打印网站Thingiverse等[7]。

目前，Stratasys的产品在概念建模、功能性原型设计及实现、制造加工、最终用途零件
生产、修整零件及高级应用方面取得了广泛的应用。

概念建模具体应用实例有建筑模型、人体
工程学研究、市场营销和设计；功能性原型设计及实现在活动铰链、模拟成型、软触感零件方
面得到了成功的实践；修整更是包含了喷砂处理、粘合和胶合、电镀、质量精加工、上漆、P P S F精加工、密封F D M零件、平滑F DM零件8方面应用。

此外，还有M R I组件、优化支撑、可溶性芯3方面的高级应用[8]。

3. 惠普公司
惠普公司于2015年11月正式分拆为2家独立的公司，其中H P I n c .公司主要控制和
经营公司的打印机和电脑产品。

公司成立了专门研发3D打印机及其衍生服务和产品的新部门。

2016年5月17日，惠普宣布发布2款打印速度更快、成本更低的高端3D打印机HP Jet
Fusion 3D 3200和4200。

与其他高端3D打印机不同的是，该打印机采用多射流熔融技术（MJF），不使用激光处理打印材料，在使用热“喷墨”阵列引入添加化学剂融合材料前，它会铺设薄薄一层粉末，这令惠普打印的物体层层分隔，直到物体全部完成。

HP Jet Fusion 3D 3200主要是为快速原型而设计的，而4200则主要用于快速制造。

4200
具备更高的制造能力水平，其3D打印速度提升了25%，冷却速度提升了5倍，加入紧急需要处
理机制：即可以在正在进行的打印作业中添加额外部件的功能。

这2个系统的热力学控制功能
可以实时控制打印床上的900个点，从而可以使每一层粉末的质量保持一致，甚至可以根据需要进行逐层的纠正。

这2款机器都有3个打印头，每个打印头上都有1万个喷嘴，分辨率可达
1 200d p i。

目前的尺寸精度为0.2m m。

3200和4200目前使用的都是热塑性塑料，并且可以
对打印对象进行清理、回收打印材料[9]。

惠普解决了当前3D打印技术面临的3个主要问题：速度、精度和成本。

惠普3D打印机在
打印速度方面有很大的突破。

同样批量生产1 000个齿轮，使用新多喷头熔融技术的惠普打印
机只需3h即可完成，现有3D打印机至少需要38h才能完成，惠普比使用高品质的激光烧结设
备快10倍以上。

在价格方面，可将打印成本降低50%。

该技术通过先铺一层粉末，接着喷射熔剂，与此同时还会喷射一种精细剂（detailing agent），然后再在上面施加一次热源的工作方式保证了打印对象边缘的精细度[10]。

惠普3D打印机的问世引起了3D打印的新变革，一经发布就引起了体育运动产品巨头耐克、汽车制造业巨头宝马的青睐。

在未来惠普将着力发展嵌入式智能打印，如零部件中的传感器；
通过嵌入式信息打印零部件的3D打印技术。

二、特定领域和细分市场3D打印企业
除了以上的综合性龙头企业外，3D打印行业还存在一些独立运作的3D打印设备制造商包括：德国Concept Laser公司、EOS公司等，它们分别在特定领域和细分市场具有比较优势。

1. 德国Concept Laser 公司
Concept Laser公司，该公司拥有LaserCUSING技术专利，在激光熔化（LaserCUSING）技
术领域处于领先地位。

Concept Laser的3D打印机产品见表3。

企业的主打产品是X 系列
1000R工业级3D打印平台，具有高打印速度、良好的表面质量以及稳定的打印质量的优势。

它
可以处理各种各样的金属零部件，如热作模具钢、不锈钢、镍基合金、钴-铬合金，钛的合金、活性粉末材料如铝，贵金属等。

除了应用于汽车、航空航天外，在医疗、牙科、珠宝设计等方
面也有广泛的应用。

Concept Laser公司占据了一定的3D打印机市场，截至2015年末，全世界Concept Laser 激光熔融设备的安装数量总计已超过550台。

在未来，Concept Laser 公司将开发模块化结构
的新设备。

这种结构可以以任意数量组合出不同的产品，从而形成完全自动化的机器网络在在
进行部件的精加工生产过程中，实现增材技术设备和常规设备的自动化和互联化[12]。

2. 德国EOS 公司
1989年, D r . H a n s L a n g e r和Dr.Hans Steinbichler合伙发明了基于SL S和
S LA的快速成型RP（Ra p i dP r o t o t y p i n g）和增量制造A M（Additive Manufactuing）技术，在此基础上成立了德国EOS公司(ElectroOptical System)。

EOS公司现
在已经是世界著名的快速成型设备制造商和E制造方案提供商，其塑料类材料的粉末烧结成型
技术处于世界领先的地位[13]。

E O S公司的申请的专利可划分为4个方面：烧结工艺、烧结
装置、烧结材料和辅助设备，基本上涵括了激光烧结相关技术的各个方面[14]。

EOS公司快速成型产品
有：F o r m i g a p系列、砂质打印机E O S I N T S系列、基于D M L S技术的金属
3D打印机E O S I N T M系列及基于S L S的塑料3D打印机E O S I N T P系列。

其服务的
产品涵盖了飞机、汽车、发动机、民用、医疗、工业工具、机电设备等领域。

3. 美国Sciaky 公司
S c i a k y公司是一家专业焊接公司，电子束焊接是公司的核心竞争力。

在3D打印领域，S c i a k y公司是金属3D打印技术的全球领导者。

早在2009年就推出了系列电子束增材制
造（EBAM）技术设备。

E BAM是世界上最快的金属3D打印工艺，利用功率高达42kW的电子束枪，每小时可打印15 ～40磅的金属钛，而大多数竞争者仅能达到5磅/h[15]。

Sciaky又推出了4款具有中等尺寸、大尺寸和超大尺寸金属部件的打印能力的EBAM金属
3D打印设备。

其中19英尺长的超大尺寸E B A M 300系列拥有世界上最大的金属3D打印成型
体积。

除此之外还包括全新的150系列、110系列（大型）、88系列和68系列（中型）等机型[16]。

使用E B A M技术生产的F -35的襟副翼翼梁成本更低、寿命更长。

目前，E B D M技术
已经参与了美国国防部、空军等的多项研发。

4. 美国EFESTO 公司
美国EFESTO公司的核心竞争力
在于大尺寸3D金属打印技术，其最大的金属3D打印机EFESTO 557拥有一个1 500mm×1 500mm×2 100mm的超大构建室。

E F E S T O公司利用激光金属沉积（Laser Metal Deposition，LMD）技术，能够3D打印各种各样的金属材料，包括钴、镍、钢，以及铝和钛制
成的合金材料。

E F E S T O公司的业务重点是在油气、能源、国防、航空航天、船舶、模具、模具、矿山、建筑、材料锻造和重型钢铁行业。

5. 美国ExOne 公司
E x O n e公司是另一家提供3D打印机及打印产品的美国公司。

公司于2003年成立，主
要业务是工业级打印机的生产销售与3D打印服务。

E x O n e公司的技术独到之处是可以打印
砂子，所以非常适合制作铸造用的砂模，除了砂子之外，ExOne的设备还可以打印玻璃等材质，制作复杂空间结构的玻璃制品[17]。

E x O n e公司仅生产工业级打印机，产品主要应用于航空、汽车、重型机械和能源石油
天然气4个领域。

E x O n e生产的3D打印机建立在4个平台之上，按照打印机容量从大到小
分别是Max，Print，Flex和Lab，产品中S系列的主要用于建立模型模具，M系列的主要用于
直接打印[18]。

具体的平台与产品见表4。

6. 法国Prodways 公司
法国Prodways公司成立于2013年，是M O V I N G L i g h t 专利的拥有者，该专利结
合了DLP 和UVA LED技术。

其产品包括P r o M a k e r L及ProMaker v两个系列，L系列
3D打印机使用光敏树脂材料，而V系列使用复合材料。

L系列打印机在用液体光敏树脂材料打
印时，其速度比目前市场标准快10倍；V系列用于高负载、高粘度，特别是陶瓷和金属复合部
件的制造。

2015年11月10日，P r o dwa y s宣布推出其最新的ProMaker P系列工业级SLS
3D打印机。

P系列3D打印机以一种紧凑的结构提供顶尖的工业级性能，除此之外，还能够以最高达220℃的温度打印高性能材料。

7. 瑞典Arcam AB 公司
瑞典A r c a m A B公司成立于1997年，是世界上首个用电子束熔融金属粉末，并经计算机辅助设计精密铸造的设备制造者[19]。

该设备能用于加工专为病人量身定做、植入手术所需
的人工关节或其他精密部件等[20]。

公司业务主要集中于2个市场：航空航天和骨科植入物。

8. 日本沙迪克（Sodick）公司
日本沙迪克公司（Sodick）支持包括：模具零部件的放电加工、模具加工的CAD/CAM产品
设计、精加工面的电子束精加工（特别是电子束PIKA面加工装置E B M）、以高速铣削中心及
注塑成型加工和线性加工技术在内的各种制造工程[21]。

沙迪克公司开发出了使用金属材料加工的3D打印机“O P M250L”。

这款打印机采用金属
光成型复合加工方法，将利用激光熔融凝固金属粉末的沉积成型与基于切削加工的精加工组合
在一起[22]。

9. 日本马扎克（Mazak）公司
M a z a k公司成立于1919年，是全球机床行业的领先企业。

I n t e g r e xi -400a m
是M a z a k公司开发的将金属3D打印机熔融沉积与机械加工中心的切削加工融为一体混合多任务设备。

Integrex i-400am采用的是激光烧结增材制造方法，光纤激光热源熔化金属粉末，
熔覆头（即喷嘴）通过读取CAD定义的模型来熔融材料，该系统还可以加入不同类型的金属对象，可以修复现有的磨损或损坏的部件尤其象修复航空涡轮叶片，极大地节约了成本[23]。

10．美国Printrbot 公司
美国人B r o o k D r u m m设计了最简易组装的Pr i n t r b o t系列打印机组件并于2011年成立了Printrbot公司。

P r i n t r b o t公司旨在为3D打印制造商、D I Y爱好者
及教育工作者提供物美价廉的3D打印机。

截至2013年6月，Printrbot有4种型号的打印机，分别是Printrbot Simple、PrintrbotJr、Printrbot LC、Printrbot Plus[24]。

11．荷兰Shapeways 公司
S h a p e w a y s公司通过社交网络把“全价值链”搬到了线上，可以说是3D Systems
的网络版。

Shapeways利用3D打印技术为客户提供3D打印服务。

Shapeways联系上游3D打印
机制造企业的支持，实现下游用户的个性化打印需求。

截止到2016年2月，Shapeways在开放
的社区平台中大约有7 000名产品设计、制造师，并且有将近20万的用户关注并参与3D线上
平台[25]。

三、结语
总体而言，国外3D企业依托相关技术发展得较为成熟，既形成了美国3D Systems、Steatasys等包含3D打印机、相关3D打印软件、打印材料、3D打印服务在内的综合性3D打印公司，也形成了特定领域和细分市场的3D打印公司。

3D打印机产品种类繁多，并且在不断地
向高打印速度与精度、低成本、低耗材、环境友好的方向发展。

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