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产业报告丨未来5至10年,3D打印技术将有巨大突破

前瞻网
2016-12-19 · 09:45
[ 亿欧导读 ] 目前,国内的3D打印主要集中在家电及电子消费品、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。2012年,中国3D打印机市场规模达到1.61亿美元,至2015年达到7.78亿美元。
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文章来源于:前瞻网,图片来自网络

【编者按】据悉,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。

3D打印产业在中国发展了这么多年,对于中国3D打印产业发展情况,可能我们还没有一个全面的了解,今天推荐的这篇文章从3D产业的技术、竞争格局、上下游需求,发展前景和趋势等方面进行了全面的呈现,可以让大家对3D打印有一个清晰的了解。

本文发于“前瞻网络研究院”,经亿欧编辑,供行业人士参考。


中国3D打印产业已经发展二十年左右,如今已然成为国内各大企业争相投资的热点,在3D产业发展如火如荼的今天,中国3D打印产业仍处于产业发展的初始阶段。虽然潜力巨大,但市场规模仍然较小,3D打印企业公司需要在商业模式、产品耗材、与传统工业结合等多个方面,都有待进一步探索。在这样的背景下,把握好产业发展脉博、理性投资也便显得极为关键。

一、中国3D打印产业发展状况分析

(一)中国3D打印产业发展现状

1、研发技术

我国已有部分技术处于世界先进水平。其中,激光直接加工金属技术发展较快,已基本满足特种零部件的机械性能要求,有望率先应用于航天、航空装备制造;生物细胞3D打印技术取得显著进展,已可以制造立体的模拟生物组织,为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。

2、竞争力优势

目前,依托高校成果,对3D打印设备进行产业化运作的公司实体主要有:陕西恒通智能机器(依托西安交通大学)、湖北滨湖机电(依托华中科技大学)。这些公司都已实现了一定程度的产业化,部分公司生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力,成功进入欧美市场。

3、3D打印机市场发展迅速

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。前瞻估计,3D打印机在国内企业装机量在400台左右。

打印产业市场规模分析

目前,国内的3D打印主要集中在家电及电子消费品、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。2012年,中国3D打印机市场规模达到1.61亿美元,至2015年,中国3D打印市场规模达到7.78亿美元,复合增长率为69%。

2012-2015年中国3D打印产业规模

3D打印产业产业化程度分析

目前中国3D打印技术发展面临诸多挑战,总体处于新兴技术的产业化初级阶段,未来3D打印技术最有可能在美国和中国率先大规模产业化。3D打印技术产业发展已经上升为美国的国家战略。中国虽然至今还没有出台国家战略,但主管部门在积极制定相关产业扶持政策,科技部已经将3D打印技术纳入国家863计划。

中国3D打印处于初级阶段的主要表现

中国3D打印处于初级阶段的主要表现

3D打印产业创新能力分析

1、建立3D打印技术创新中心

截止到2014年末,中国3D打印技术产业联盟表示为促进3D打印技术产业化,将首批选择10个工业城市集中建设3D打印技术产业创新中心。计划投资2000万元,地方政府按照1:1配套扶持。3D产业联盟已经与南京等城市签署中国3D打印技术产业总部基地和中国3D打印技术产业创新中心合作协议。

创新中心的成立将推动我国3D打印技术的迅速发展。创新中心包含3D打印技术的产品展示中心、科普和教育中心、加工和服务中心、研发中心。创新中心起步阶段并不主张直接卖产品,而是先做加工服务。待时机成熟后,用户企业已经全面掌握了3D打印技术,再将产品配套给用户。

2、3D打印应用领域不断创新

目前3D打印技术在工艺装备、材料研究、工程应用方面还有很大的创新空间。未来国内3D打印材料创新研究方面将涉足高介电陶瓷等超颖材料,应用领域将主攻航空航天制造、活性器官再造等。

(二)中国3D打印产业技术发展现状

中国3D打印技术发展现状

目前,3D打印产业主要成形技术主要包括立体光刻、立体光固成型、PVC塑料烫印复膜、熔融挤出成型、三维喷绘打印、数字光处理。自从上世纪80年代中期SLA成型技术发展以来到90年代后期,出现了十几种不同的快速成型技术,除前述几种外,典型的还有3DP、SDM、SGC等。其中,SLA、LOM、SLS和FDM四种技术,目前仍然是3D打印技术的主流。

中国3D打印热门技术分析

从我国3D打印热门技术的专利技术申请分布来看,B29C67/00分布量最多,拥有1163个专利技术;其次是B22F3/115、B22F3/105,分别有241个和134个。

中国3D打印产业专利申请分析

从图中可以看出,我国3D打印技术申请数量主要集中在2014年,占2005-2013年申请数量的59%。专利公开数量同样主要集中在2014-2015年,占全部公开数量的93%。

3D打印相关专利申请数量变化图

(三)中国3D打印产业市场竞争格局

3D打印产业价格分布情况

3D打印机随用途的不用价位也不同,一般商用打印机价位较高,价位为几万到几十万不等;国内购物网站上已经可以购买到廉价的3D打印机价格在3000至5000元不等,并配有快速入门指南、相应软件下载、机器矫正等介绍。随着3D打印技术的应用越来越广泛,各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势,未来3D打印机完全有可能像传统打印机一样,成为每家每户都买得起、用得上的设备。

3D打印产业企业竞争情况

国内已有的公司和产业平台,大多依托高校和科研机构,走“产学研”共建的发展模式。如武汉滨湖机电技术产业有限公司,自1991年期开始3D打印技术的研究,已获得多项技术专利。北京太尔时代科技有限公司,前身是北京殷华激光快速成形与模具技术有限公司,成立于1993年。从事多种技术工艺的3D打印设备生产。2011年,公司销售256台打印设备,是国内技术商业化较为成功的企业。

3D打印产业应用领域分布

3D打印应用的领域广泛,3D打印在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点,同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。前瞻分析认为,3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。目前,应用领域排名前三的是汽车、消费产品和商用机器设备,分别占市场份额的31.7%、18.4%和11.2%。

中国3D打印应用领域格局图

(四)中国3D打印产业企业竞争格局

3D打印机设备制造商格局

现阶段,主流类别的3D打印技术在国内基本都能找到对应的生产企业。部分生产企业是从90年代起,便进入这一领域,有一定的技术和市场积累。

成立于2009年的杭州铭展网络科技公司是3D打印机的生产者和代理商。公司是3D Systems部分产品的中国区代理服务商,同时也基于开源3D打印技术制造出了个人3D打印机系列,目标是批量生产经济型家用打印机,以方便设计师、工程师、科技人员甚至普通爱好者的使用。

南京宝岩自动化有限公司则自主研发了3D打印机,既有家用型版本,可打印手机座、茶杯、梳子等生活用品;也有冰柜大小的大型彩色3D打印机,用于打印齿轮、螺帽、零部件等模型,市场售价在1万-25万元之间。2012年,该企业计投资600万元实现3D打印机量产。

3D模型软件供应商格局

3D模型设计是3D打印的基础,而模型设计工具的需求将随着3D打印技术的推广而大大增加。目前的3D建模软件使用复杂、价格昂贵,普通用户无法承受。因此,价廉物美、使用便捷的建模软件将会在未来的3D打印市场中占据重要的地位。

总部位于中国台北的软硬件及顾问服务解决方案提供商实威国际则经营3D打印机相关软件,其产品涉及3D设计软件、3D产品文件编写,可以加强客户建立2D、3D图档和动画的能力。在2012年8月的中国台北国际模具暨模具制造设备展上,实威国际就展出了3D产品设计Solidworks系列软件,协助缩短制造业研发时间。

3D打印材料供应商格局

3D打印材料技术的发展直接决定了3D打印机能制造出多少种东西,以及打印出的产品能不能完全取代传统制造业的产品。更好的材料质量、与之匹配的打印技术、更便捷的使用方式将是材料制造商的追求目标。

目前3D打印可选用的材料有石膏材料、ABS材料、橡胶、PC材料、金属等。不同材料价格差异很大。目前使用较多的是ABS等容易被光固化的材料。Shapeways打印的物品已超过一百万件,意味着目前对于材料的需求已经达到千吨的级别。未来3D打印市场对于打印材料(如ABS)的需求可能会达到每年十万吨的级别。与目前中国市场月需求量相当。

3D打印机服务商格局

中国3D打印下游服务商有中航重机股份有限公司,南方风机股份有限公司等上市公司。

二、中国3D打印产业下游行业需求分析

(一)生物医药领域对3D打印的需求分析

生物医药领域发展状况分析

在医疗行业,特别是修复性医学领域,个性化需求十分明显。用于治疗个体的产品,基本上都是定制化的,不存在标准的量化生产。而3D打印技术的引入,降低了定制化生产的成本。因此,近些年来,这一技术在医疗领域的使用比例持续上升。3D打印技术在医疗领域的主要应用如下:

3D打印技术在医疗领域的主要应用

生物医药领域3D打印应用现状

3D打印相比传统制造业,一个区别在于其“个性化”特征。3D打印最适合临床医学,因为每个病人要用的“零部件”,都必须个性化定制。以牙套设计为例,采用3D打印进行制造的隐适美牙套,由于可按照牙齿情况进行定做,因此更加舒适,且采用透明高分子材料,达到隐形的效果。目前Align Technology公司的营业额接近5亿美元。

生物医药领域3D打印应用案例

最近,一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染,因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨,这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。

生物医药领域3D打印需求前景

1、3D打印在医学领域发展仍然保持高速增长

就相关医学领域未来发展趋势来看,3D打印的应用仍然会保持较高增速

1)随着全球老龄化程度的提升,修复性医学中的结构性移植器官的使用将会持续增长,特别是牙科领域,这一方面的发展已相对成熟;2)微创手术,和针对不同身体条件个体的手术设计在近些年来逐渐发展,对手术工具性能和复杂程度提出更高的要求。前瞻认为,未来这一方面的发展仍然具备较大空间。

2、未来向功能性的人体器官研究发展

此外,在医疗领域未来发展中,最具有想象空间是3D生物打印技术,可以“打印”出功能性的人体器官。它利用干细胞为材料,按3D成型技术进行制造。一旦细胞正确着位,便可以生长成器官,“打印”的新生组织会形成自给的血管和内部结构。在这一领域领军的Organovo公司,已经成功研发打印出心肌组织,肺脏,动静脉血管等,如图为使用生物打印技术制造培育的肾脏内部血管组织。目前这一技术的应用尚处于试验阶段,但近十年内有望逐步应用于器官移植手术中。

(二)航空航天业对3D打印的需求分析

航空航天业发展状况分析

1、中国军用飞机发展状况

2015年,中国现有军用飞机的数量为2860架,位列全球第三位,占全球军用飞机总量的6%。第四代战机、大型运输机、航母舰载机等新机型已成功试飞,军用飞机未来几年将面临更新换代的需求高峰期。

2、中国通用飞机发展状况

2015年底,通用航空企业适航在册航空器总数达到2127架。

2010-2015年中国在册通用航空器数量

航空航天业3D打印应用现状

现阶段,3D打印技术对航空业的贡献,相对于每年约5000亿美元的行业产值而言显得微乎其微。主要应用包括:1)无人飞行器的结构件加工;2)生产一些的特殊的加工、组装工具;3)涡轮叶片、挡风窗体框架、旋流器等零部件的加工。

航空航天业3D打印需求前景

3D打印技术在未来航空领域的应用得益于该行业发展的两个趋势特点

1、3D打印零部件设计需求不断增大

主要包括机体结构的轻质化和基于部件设计对飞行性能的提高。

2、私人飞行器的设计发展和定制化需求的增长

通用航空和无人机制造领域的定制化需求相对商用领域会更多。小批量,复杂一体化的设计部件的生产会成为主流,而借助3D打印技术会更容易实现。现阶段,波音和一些通用航空制造商,已经开始应用这一技术进行喷气机和直升机的设计和制造。

(三)机器设备行业对3D打印的需求分析

机器设备行业发展状况分析

2010-2015年,中国通用设备制造业保持稳定的增长速度,同比增长率维持在7%左右。2015年,中国通用行业总资产达到4.03万亿元,同比增长7.03%。

2010-2015年中国通用设备行业总资产走势图

机器设备行业3D打印应用现状

中国3D打印在机器设备领域应用范围较广,主要应用于机器设备的零部件打印。许多通用机器设备的零部件复杂构造使用3D打印可以提高效率和精确度。

机器设备行业3D打印应用案例

法士特公司在2012年5月,购买了3D打印机并开始投入使用。目前,3D打印技术主要应用在企业变速器关键零部件开发、总成可装配性验证等领域。采用该项技术的目的是运用快速成型技术在设计早期验证产品装配可行性,可及时发现产品设计的差错,快速验证关键、复杂零部件的原理及可行性。

机器设备行业3D打印需求前景

随着3D打印技术的进一步成熟,金属打印材料的应用,设备及打印材料的价格下降,未来几年内,3D打印技术在通用设备零部件研发领域会得到越来越广泛的应用。许多企业不断创新产品研发理念,积极采用新工艺、新技术,率先在行业引进了3D打印技术,并开始应用于重点产品设计研发领域,有效缩短了关键零部件的研发周期,成为国内零部件行业率先应用该项技术的企业。

三、中国3D打印产业发展趋势与前景

(一)中国3D打印产业发展趋势分析

3D打印产业近期发展趋势

1、3D打印带来服务和影响模式的创新

3D打印产业链涉及到很多环节,包括3D打印机设备制造商、3D模型软件供应商、3D打印机服务商和3D打印材料的供应商。因此围绕3D打印的产业链会产生很多机会。在3D打印产业链里,除了出现大品牌的生产厂商外,也有可能出现基于3D打印提供服务的巨头。

2、3D打印产业将面临诸多的挑战

目前中国3D打印技术发展面临诸多挑战,总体处于新兴技术的产业化初级阶段,主要表现在:一是产业规模化程度不高。3D打印技术大多还停留在高校及科研机构的实验室内,企业规模普遍较小。二是技术创新体系不健全。创新资源相对分割,标准、试验检测、研发等公共服务平台缺乏,尚未建立起产学研用相结合的技术创新体系。三是产业政策体系尚未完善。缺乏前瞻性、一致性、系统性的产业政策体系,包括发展规划和财税支持政策等。四是行业管理亟待加强;五是教育和培训制度急需加强。

3D打印产业长期发展趋势

综合3D打印产业的技术特点和发展现状,我们认为未来行业发展存在以下趋势特点:

1、3D打印个人消费保持高速增长

随着“个人制造”的兴起,在个人消费领域,3D打印行业预计仍会保持相对较高的增速。

2、3D打印金属材料应用程度不断加深

在工业消费领域,由于3D打印金属材料的不断发展,以及金属本身在工业制造中的广泛应用。

3、产业链上的专业分工会进一步深化

现阶段,主要的3D打印企业一般以材料供应,设备制造和打印服务的综合形式存在。这是由产业发展初期技术推广和市场规模的限制所致。

4、国内3D打印市场前景广阔

国内3D打印技术的推广与应用尚在起步阶段,无论是工业应用,还是个人消费领域都存在广阔的发展前景。

(二)中国3D打印产业发展前景预测

3D打印产业市场规模预测

2012年,中国3D打印市场规模为10亿元,2014年市场规模达到50亿元,《国家增材制造发展推进计划(2014-2020年)》重点提出至2017年要培育5至10家年产值超过5亿元、具有较强研发和应用能力的3D企业,并支持3D打印企业境内外上市。初步预计,2016年我国3D打印市场规模可达到100亿元,2021年达到400亿元左右,年复合增长率约为32%。

2016-2010年中国3D打印技术市场规模预测图

3D打印与互联网的融合前景

3D打印与互联网融合的提出,就必须先要弄清楚,3D打印在制造业中所处的位置,以及未来3D打印在制造业中将会向哪个方向发展。

前瞻认为:以3D打印和大数据为基础的分布式制造,这种制造模式将彻底打通互联网也和制造业,给人类带来深刻的社会变革。
3D打印在民用领域的应用前景

基于上文的模式,我们可以想象一下,未来的服装店,将会把顾客的身材数据扫描之后传输到云端数据库,配合设计师的设计方案,以最贴身、最舒服的结果,将产品打印出来。这种在家里就可以完成的服装设计、生产方式,值得各界广泛关注和思考。

当然,现有的3D打印技术,特别是桌面级的技术,还不能达到无所不能的程度,但同样也是遵守摩尔定律的,相信在未来5至10年,3D打印技术将会有巨大的突破。

本文经授权发布,版权归原作者所有;内容为作者独立观点,不代表亿欧立场。如需转载请联系原作者。

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