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3D打印市场调研分析报告
2017年3D打印市场调研分析报告
图表目录
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第一节3D打印——改变世界的力量
一、打印出形状,就打印出了功能
3D打印技术的官方定义乍听之下有些骇人:
3D打印技术,又称增材制造技术,是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术,体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合,是先进制造业的重要组成部分。
抛开骇人的官方定义,3D打印之所以被称为打印,也是与常见的平面打印类比而来,它与平面打印有许多共同的特征。
将二者的概念进行比较,更容易理解什么是3D打印。
平面打印的前提是将需要打印的信息形成打印机可读的文件,或图片或文档或是其他格式,然后将此文件信息传送到打印机,经打印机解读后在打印纸上以平面形状的方式将文件内容打印出来。
通常来讲,平面上打印出来的任何形状或符号并不具备实际的功能,而只作为传递信息用。
图表1:
平面打印基本流程示意图
资料来源:
北京欧立信信息咨询中心
3D打印之所以被称为“打印”,也是与平面打印的形象类比得来的。
3D打印的步骤,是首先将想要打印的物品的三维形状信息写入到3D打印机可以解读的文件,然后将文件传输到3D打印机,3D打印机解读文件后,以材料逐层堆积的方式打印出立体形状。
这种以逐层堆积材料来获得最终形状的方式,也是3D打印被称为“增材制造”的原因。
人们通常所见的范围内,立体的形状是功能的基础,因此,打印出了形状,也就打印出了功能。
平面打印是为了传递信息,而3D打印作为一种制造加工的技术,却可以直接实现功能。
这也是3D打印最大的魅力所在。
图表2:
3D打印基本流程示意图
资料来源:
3D打印网,北京欧立信信息咨询中心
下表简述了平面打印与3D打印的技术对比情况。
表格1:
平面打印与3D打印的对比
资料来源:
3D打印网,北京欧立信信息咨询中心
二、3D打印的分类
按照最终产品的应用领域和对应所需要的精度等要求不同,3D打印可分为消费级3D打印和工业级3D打印。
首先二者面对的下游市场不尽相同,消费级3D打印主要面对消费型、娱乐型以及对产品精度要求不高的产品,例如玩具模型、教学模型等;而工业级3D打印主要面对质量精度要求较高的航空航天、医疗器械、汽车、模具开发等下游市场。
二者在众多方面存在较大差别,工业级3D打印精度更高、打印速度更快,可打印尺寸范围更广,产品可靠性也更好。
但也正由于这些,工业级3D打印的价格更高,目前不能为普通消费者所接受。
图表3:
工业级3D打印精度更高、价格更贵、可打印尺寸范围更广
资料来源:
3D打印服务网,北京欧立信信息咨询中心
按照打印技术的特点,3D打印又可分为选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、激光直接烧结技术、电子束熔化技术、熔融沉积式成型、选择性热烧结、立体平板印刷、数字光处理、三位打印技术、及细胞绘图打印等。
1986年,美国科学家CharlesHull利用液态光敏树脂被一定波长的紫外光照射后即变成固体的特性,发明出世界上第一台3D打印机。
它的基本原理是将液态光敏树脂倒进一个容器,液面上方有一台激光器,当电脑发出指令,激光器发射紫外光,紫外光照射液面特定位置,这一片形状的光敏树脂即发生固化。
液态光敏树脂的液面在打印的过程中随固化的速度上升,使得紫外光照射的地方始终是液态树脂,最终经过层层累积,形成一定形状。
这种技术也被称为立体平板印刷技术(SLA),这也是目前最成熟的3D打印技术之一。
图表4:
SLA原理图
资料来源:
先临三维公司网站,北京欧立信信息咨询中心
图表5:
SLA打印机
资料来源:
3D打印网,北京欧立信信息咨询中心
经过近30年的发展,3D打印的技术类型也越来越丰富,在最初的基础上已经衍生出几十种打印技术。
目前的3D打印技术不仅可以使用光敏树脂、ABS塑料等原料进行打印,还允许使用铝粉、钛粉等金属粉末,以及氧化铝、碳纤维等陶瓷粉末为原料进行打印;甚至还出现了以活细胞为原料的生物3D打印技术,这种技术目前已经在组织工程领域小范围使用。
表格2:
3D打印技术分类
资料来源:
中国产业信息网,北京欧立信信息咨询中心
除SLA技术外,用以打印高分子材料的3D打印技术还包括熔融沉积式成型技术(FDM),选择性热烧结技术(SHS)、数字光处理技术(DLP)等。
其中FDM技术应用较为广泛,其基本原理是加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y平面运动,热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头,并在喷头中加热和熔化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冶却后形成一层大薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,如此循环,最终形成三维产品零件。
这种技术可以用于大体积物品的制造,成本也较低,设备技术难度较低;缺点是所生产的物品常常纵向的力学性能原小于横向的力学强度,且打印速度缓慢,产品表面质量也有待进一步提高。
图表6:
3D打印技术原理示意图(FDM)
资料来源:
3D打印网,北京欧立信信息咨询中心
选择性激光熔化成型技术(SLM)和选择性激光烧结成型技术(SLS)是发展最早也是目前使用最广泛的金属3D打印技术。
SLM技术所使用的材料多为单一组分金属粉末,包括奥氏体不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴-铬合金和贵重金属等。
理论上讲只要激光束的功率足够大,可以使用任何材料进行打印。
SLM技术的基本原理是激光束快速熔化金属粉末,形成特定形状的熔道后自然凝固。
其优点表面质量好、具有完全冶金结合、高精度、所使用的材料广泛。
主要缺点是打印速度慢、零件尺寸受到限制、后处理过程比较。
目前该技术已较广泛的应用到了航空航天、微电子、医疗、珠宝首饰等行业。
图表7:
SLM原理图
资料来源:
先临三维公司网站,北京欧立信信息咨询中心
图表8:
SLM打印机
资料来源:
3D打印技术网,北京欧立信信息咨询中心
SLS技术的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料(金属粉末或非金属粉末),激光在计算机控制下,按照界面轮廓信息,对实心部分粉末进行烧结,然后不断循环,层层堆积成型。
与SLM技术不同,在打印金属粉末是SLS技术在实施过程中不会将温度加热到使金属熔化。
电子束熔化技术(EBM)是一种较新的可以打印金属材料的3D打印技术,它与SLS或SLM技术最大的区别在于使用的热源不同:
SLS或SLM技术以激光作为热源,而EBM技术则以电子束为热源。
EBM技术在打印速度方面具有显著优势,所得工件残余应力也较小,但设备比较昂贵,耗能较多。
图表9:
EBM技术原理图
资料来源:
三迪时空网,北京欧立信信息咨询中心
各种3D打印技术在技术优点上各有千秋,也有各自的劣势。
根据精度、材料、力学性能、及成本的要求,不同的应用场景可根据需要选择不同的打印技术。
三、3D打印产业链
经过近30年的发展,3D打印已形成一条比较完整的产业链。
整个产业链条自上游到下游分别包括图像扫描→逆向工程→三维图形处理软件→原材料→3D打印机→打印服务等。
也包括例如资讯网站、3D打印技术培训等衍生环节。
图表10:
3D打印产业链
资料来源:
3D科学谷,北京欧立信信息咨询中心
3D打印产业链条的完整程度、细化程度和各环节的发育程度在不同的市场上相差较大。
3D打印技术最初在美国市场最早出现,美国的3D打印产业链也最完整,在各细分行业内发育也较充分。
美国不仅包揽了世界上最大的几家3D打印设备生产厂家,在逆向工程、图像处理、及下游的细分应用领域都出现了实力较强的龙头企业。
图表11:
全球3D打印产业链代表企业分布
资料来源:
3D科学谷,北京欧立信信息咨询中心
相比之下我国市场中3D打印产业链发展尚显滞后,大多数产能和优秀的企业主要集中于3D打印机的生产环节,而在原材料、图像处理、逆向工程以及细分的下游市场中都显得比较薄弱。
目前我国高端3D打印原材料主要仍然依赖进口,在图像处理、逆向工程等领域也尚未有龙头企业出现。
不过我国3D打印行业整体发展速度很快,行业规模增速远超全球水平,目前我国3D打印产业规模已占到全球市场8.6%。
图表12:
我国3D打印行业规模占全球规模8.6%
资料来源:
中国产业信息网,北京欧立信信息咨询中心
四、3D打印——改变世界的力量
3D打印技术的应用可满足消费者的定制化需求,将其与互联网、物联网、智能物流结合,则有可能催化产生全新的生产模式和商业模式。
图表13:
3D打印与物联网、智能物流结合,成就全新商业模式
资料来源:
中国产业信息网,北京欧立信信息咨询中心
在传统生产方式下,产业往往存在从原材料供应商→生产商→品牌商→分销商→零售商→消费者的价值链条,在这样的链条中,每一个节点满足其下一个节点的需求,最终由零售商满足消费者的需求,由消费者产生的消费需求无法直接传导至生产商。
随着互联网技术和理念的成熟,目前已允许消费者将消费需求直接传导给生产商、品牌商,甚至原材料供应商。
3D打印的广泛应用,恰能帮助上述信息的直接传导产生直接的价值,即每个节点可能直接为消费需求负责,未来有望形成有别于传统“价值链”的“价值网”。
由价值链向价值网转变,由批量制造向个性化定制转变,是在当今市场、科技等大背景下的必然趋势,而3D打印技术正是实现这种转变的关键技术,拥有改变世界的力量。
图表14:
传统制造价值链
资料来源:
中国产业信息网,北京欧立信信息咨询中心
图表15:
3D打印产业价值网
资料来源:
中国产业信息网,北京欧立信信息咨询中心
第二节3D打印技术和市场成熟了吗?
每个行业都有自己的生命周期,都会经历导入、成长、成熟、衰退等阶段,3D打印行业也不例外。
站在当前的时间节点,根据3D打印行业表现出的种种特征,我们认为3D打印正处于导入期之末、成长期之初的阶段。
图表16:
3D打印技术目前处于导入期之末,成长期之初
资料来源:
iMedia,北京欧立信信息咨询中心
首先无论在全球范围内还是我国市场内,3D打印的行业规模都呈现快速上涨阶段。
2011年全球3D打印行业整体收入仅17.14亿美元,而到2015年已达到51.65亿美元,复合增速超过30%。
预计到2018年,全球3D打印行业总收入将超过110亿美元。
图表17:
全球3D打印行业规模持续高速增长
资料来源:
3D打印网,北京欧立信信息咨询中心
相比全球平均水平,我国的3D行业的市场规模增速更加惊人。
2011年国内3D打印行业整体收入仅为约10亿元人民币,到2015年已达到78亿人民币,复合增长率近70%。
预计到2018年,我国3D打印行业规模将超过200亿元人民币。
这种高增长性符合行业成长期的特征。
图表18:
近年来我国3D打印行业始终保持每年60-100%的增速
资料来源:
中国证券网,北京欧立信信息咨询中心
我们整理国外主要的3D打印公司(包括3DSystem、Stratasys、EXone等行业龙头)的基本信息,并对它们的财务状况做了横向比较。
表格3:
国外主要3D打印上市公司
资料来源:
Wind,北京欧立信信息咨询中心
根据公开资料整理发现,全球主要3D打印上市公司目前均处于亏损或微利状态。
图表19:
国外主要3D打印上市公司尚处于亏损或微利状态
资料来源:
Wind,北京欧立信信息咨询中心
目前国内主要的3D打印公司并没有在主板上市,而是集中于新三板及其他的地方板块。
表格4:
国内新三板及其他版块挂牌3D打印公司
资料来源:
Wind,北京欧立信信息咨询中心
整理公开资料发现,我国3D打印企业目前仍处于亏损或微利状态。
在上表的5家公司中,联泰科技营业利润最高,仅略超过500万元。
图表20:
国内主要3D打印新三板及地方版块挂牌公司尚处于亏损或微利状态
资料来源:
Wind,北京欧立信信息咨询中心
统计国内主要3D打印上市公司的总资产规模发现,目前国内的3D打印上市公司规模均比较小。
其中仅先临
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