3D打印调研报告

应用方面存有巨大商机
1994年开始研究3D 打印，北京隆源公 司于1995年成功研 发了一台AFS激光 快速成型机
华中科技大学 研制出SLS快速 成型机（选择 性激光烧结）
华中科技大学 史玉升教授的研究团队开发的1.2米×1.2 米的"立体打印机"，是目前世界上最大 成形空间的快速制造装备。
杭州的先临三维科技 国内最具综合实力的3D打印，目前已经 拥有有十几个型号的3D打印机，掌握六 种生产工艺。
3D打印机在国内企业级装机量在400台左右。近两年增 长快速，年增速在70%左右，市场规模超过1亿元，2013 年达到20个亿的产值。。世界3D打印技术产业联盟秘书 长、中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军表示，预 计3年左右，中国3D打印产值将达百亿元人民币。
3D打印的应用领域
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，应用较为广泛。
目录
1 3D打印概念及工艺技术介绍 2 3D打印市场研究与分析 3 3D打印与传统印刷业的碰撞和融合
1
3D打印概念及工艺介绍
什么是3D打印技术？
“3D打印技术”：是一系列快速成形技术的总称，属于制造技术的一种，其基
本原理是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成薄层的工件截 面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终各薄层叠加形成三维制件。 这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。
4. 3D打印核心技术在机械工业的 客户定制化方面的开发与应用。
国内3D打印市场容量
国内制造业3D打印使用密度仅约为美国的20%。作为一 种全球最前沿的制造技术，3D打印将是国内制造业升级 的重要一环，产业化的空间巨大。
目前，国内的3D打印主要集中在家电及电子消费品、建 筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文 物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。
50% 40% 30% 20% 10%
0
0%
2009年 2010年 2011年 2012年 2013年
全球3D打印市场规模（亿美元） 增长率
3D打印设备个人消费蓄势待发：
2011年，全世界个人用3D打印机供货量达到2.3万台以上，激增到2010年的4倍左右，随着 技术的进步，售价必然会逐步下降，个人用3D打印机的用量还有很大上升空间。
3D打印国内的现状—政府支持
3D打印入选《国家高技术研究发展计划（863计划）》，政府将提供四千万人民 币（约六百五十万美元）作为研究基金支持3D打印核心技术的发展。
这些研究将侧重于：
1. 激光融化机器对大型航空部件的 开发与应用。
2. 大型激光烧结设备对复杂零部件 和模具的开发与应用。
3. 高温高压扩散焊接设备对复杂零 部件的材料/结构一体化设计的 开发与应用。
中起决定性作用的核心软件及耗材方面，主要依赖进口。
3
精度、速度和效率方面，目前3D打印受打印机工作原理的限制，打印精度与
速度之间存在严重冲突，成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规
模生产的需求。
4
产业链缺乏统筹发展，行业没有共性标准：目前国内3D打印企业还处于“单打 独斗”初步发展阶段，产业整合度较低，主导的技术标准、开发平台尚未确立，
未来5-10 年全球快速成型市场将继续 以年均20%的速度膨胀，2019 年可达66.5 亿美元的总量。
2009-2013年全球3D打印市场规模
45
90%
40
40
80%
81.49%
35
70%
30
60%
25
22.04
20
17.14
15
13.25
10.69 10
29.36% 28.59% 23.95%
5
3D System
数字光处理 (DLP)
液态光敏树脂
和SLA相似，用高分辨率DLP投影仪固化 液态光聚合物，逐层进行光固化，比同型 SLA速度快，成型精度高。
2
3D打印市场研究与分析
国际3D打印技术发展现状
目前3D打印已经能够在0.01mm的单层厚度上实现 600dpi的精细分辨率。国际上较先进的产品可以 实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位 色彩的彩色打印，技术及实用性越来越成熟。
3D打印技术全球市场容量
近几年，3D打印业务在全球的发展势 头十分迅猛。据前瞻产业研究院发布的 《2014-2018年中国3D打印产业市场需求与 投资潜力分析报告》显示：
2009年全球3D打印市场规模为10.69亿 美元，此后三年保持在20%以上的速度增 长，至2012年市场规模达到22.04亿美元。 2013年全球3D产业的发展更是突飞猛进， 增速达到81.49%，市场规模达40亿美元。
技术研发和推广应用还处于无序状态。
3D打印从理论上讲，能够设计或想象出的东西，全部能打印出来，相信在未来，3D打印确实 能改变几乎整个制造业。但目前，3D打印技术及其产业还处于“拓荒阶段”，还存在制造成本高 ，制造效率低，制造精度尚不能令人满意，工艺与装备研发不充分，打印尺寸受限，打印出的东 西在机械强度、电气属性等无法与传统制造业相抗衡等方面的问题，替代不了传统制造业，将来 3D打印只有跟传统制造业改造与提升相结合， 才有更大生存空间。
3D打印工作原理
3D打印工作示意图
3D打印工艺过程
3D打印过程包括3个核心环节： 1、前端数据获取(3D扫描和建模)， 2、中端数据加工处理(计算机辅助设计) 3、后端产品加工(3D打印)。
3D扫描和建模
计算机辅助设计软件（CAD） 或计算机动画建模软件
通过数据处理转换 将模型分层
打印机读取文件中的 横截面信息
液态光敏树脂
片材表面首先涂覆一层热熔胶，用热压棍 热压片材，使之粘结，用CO2激光器切割 零件截面轮廓
激光扫描并曝光液态光敏树脂，聚焦光斑 处树脂反应固化，然后工作平台移至下一 深度，保持液面处于焦平面，逐层成型。 可成形任意复杂形状，尺寸精度高，主要 应用于复杂、高精度工件的快速成型。
美Helisys、 Kinergy
包括产品三维建模，层片数据生成与传输，能束逐 层扫描材料，材料熔化，材料的逐层叠加成型五个 环节。是传统加工制造工艺的替补性技术。
复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造。 人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。 珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。 建筑模型风动试验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟。 模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中 学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研。 基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。
3D打印的未来-挑战与瓶颈
1
成本方面，不论是材料还是设备价格普遍都比较昂贵，材料的价格便宜的几百
元/公斤，最贵的要4万元/公斤左右;大多数桌面级3D打印机售价2万元人民币
左右，国内的仿制品价格可以低到6000元但质量难以保证。
2
核心技术方面，国内有40多家3D打印企业，能拿出产品的不到10家，打 印机拥有量过百台的仅4家，掌握核心技术少之又少。尤其是在3D打印
3DP和FDM则是基于原 料喷射成型的技术，因不 需要昂贵的激光器，且成 型材料种类多，制件精度 高，成型过程无污染，价 格低廉，适合办公环境使 用等，工艺发展迅速。
类型 喷出型
颗粒型 叠加型 光聚合
技术
熔融沉积造型 (FDM)
熔融纤维制造 (FFF) 融化压模式 (MEM)
直接金属粉末激 光烧结（DMLS)
电子束熔融 （EBM) 选择性热烧结 （SHS）
选择性激光烧结 （SLS)
粉末层喷头3D 打印 （PP、3DP）
激光层叠制造 （LOM)
立体平版印刷 （SLA）
材料
工艺
公司
热塑性塑料，共 晶系统金属、可 食用材料
CAD控制下喷头沿零件截面与填充轨迹运
动，挤出融化材料后迅速固化，逐层成型， 可直接铸造零件。强度精度高，成本最低
工业制造
文化创意和数码娱乐
航空航天、国防军工 生物医疗 消费品 建筑工程 教育 个性化定制
产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证；制作模具原型 或直接打印模具，直接打印产品。3D打印的小型无人飞机、小型 汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型，也被用于企业 的宣传、营销活动中。
形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡 达》运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了 手工艺的水平。
3D打印的发展趋势- 前景
材料越来越丰富Objet 新推出的大型3D打印机Objet1000已经支持打 印140种材料，每次打印可同时利用其中的14 种，但物品是多种多样的，只有更丰富更实用 的材料才能让3D打印尽快的融入生产和生活。
实用性越来越高，从简单的原型开发，到打 印巧克力，到飞机上的钛合金部件，3D打印 的成品已经越来越实用
3D扫描仪
3D打印机
小型精密步进电机
CAD辅助3D模型设计
光固化3D打印机
3D打印材料
3D打印与传统印刷业的关联
3D打印和传统印刷的核心目的都是传递信息，并让更多的人掌握这些信息，但他 们又有着 诸多的不同与关联性。
项目
3D打印
传统印刷
工艺技术
是一项融合了计算机软件、材料、机械、控制、网 络信息等多学科知识的综合性系统性技术。
用液体状、粉状或片 状的材料逐层打印
复杂产品
简
将各层截面或部件按
单
照设计结构粘合或组
产
装起来
品
3D打印产品 （目标物品）
3D打印工艺过程
举例一：简单产品
3D打印工艺过程
举例二：较复杂产品
前期建模与数据处理
CAD模型
STL文件 Z 打印软件
成型加工阶段（打印）
Z打印310系统
3D打印
后处理阶段
粘合成型阶段
3D打印国内现状—技术发展
湖南华曙高科技
校办企业和研究院是主要参与者
2012年8月15日研制的国内首台激光3D打印 机在长沙下线并出口美国。该装备能运用激
已有部分技术处于世界先进水平
光添加层烧结 技术，“打印”出设计者想 要得到的任何形状复杂零部件。
核心技术对外依赖，耗材技术落后
规模小，处于产业化培育期
其他 34.2%
2013年全球3D打Biblioteka Baidu市场份额
中国 8.70%
德国 9.40%
美国、日本、德国占据了3D打印市场的主导， 从政策和产业市场来说，美国发展的最好，占 据了全球近40%的比重。
日本 9.70%
政府/军队 6.50%
建筑和地
理信息系 统 4.80%
其 他 2.50 %
学术机构 8.60%
瑞典Arcam AB
热塑塑料粉末 -
-
塑料粉/金属粉/ 陶瓷粉
粉末状材料在激光照射下烧结的原理，在 计算机控制下按照界面轮廓信息进行选择 性烧结，层层堆积
美DTM、3D System，德 国EOS
石膏/塑料
类似喷墨打印，逐层喷涂成型材料至得到 3D Sys
所需模型
(Z Corp)
纸/金属箔/塑料 膜
美Stratasys
占用最小，最流行。
聚AB乳S树酸脂（PLA）、跟FDM类似，新词不受专利权约束
RepRap
金属线/塑料丝 -
-
大部分合金 钛合金
在基材表面添加熔覆材料，用高能激光束 使之与基材表面薄层一起熔凝
通过FDM设备（＞2500度）逐层融化金属 粉末，快速得到所需金属零件
德国EOS,美 国Morris Tech
技术提升普及，精度、效率提高
价格下降，应用广泛化、家庭化、个人化
3
3D打印与传统印刷业的碰撞和融合
3D打印产业链
3D打印产业链包括3D打印设备制造、打印材料制造、应用软件和服务。
目前其市场份额大致为：打印服务40%，原材料31%，打印机29%。
3D打印盈利模式 • 建模设计 • 数据处理 • 3D打印服务 • 卖机器 • 卖材料 • 卖服务 • 卖标准
初成品 修饰加工
最终产品
3D打印工艺技术
3D技术目前有多种工艺， 最主要的包括SLA（立体 平版印刷）、SLS（选择 性激光烧结）、3DP（三 维打印）及FDM（熔融 沉积制造）等。
SLA和SLS是基于激光或 其他光源的成型技术，设 备造价和制作模型成本都 比较昂贵，因此只在一些 特殊领域，如航天军工、 高端装备领域有所应用。
航空航天 9.60%
消费品/电 子产品 24.10%
美国38%
在欧美发达国家，在消费电子业、汽车 制造、航空、医疗、科研等领域，3D打 印技术以较低的成本、较高的效率、较
工业/商业 机器
11.70%
医疗/牙科 14.70%
汽车产业 17.50%
2013年3D打印技术应用行业分布
便捷的生产方式应用于小批量的定制部 件或复杂而精细度要求较高的产品生产， 在美国已逐步实现3D打印产业化。