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未来十年内我国3D打印技术将实现突破性发展

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    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、学问创意及文物修复、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1.61亿美金,至2015年达到7.78亿美金。


 
    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,可能大家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。

    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打印企业企业需要在商业模式、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企业实体主要有: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)。这些企业都已实现了一定程度的产业化,部分企业生产的便携式桌面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、学问创意及文物修复、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、学问创意及文物修复、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1.61亿美金,至2015年,中国3D打印市场规模达到7.78亿美金,复合增长率为69%。

 

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:
 


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%。
 


 

    (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低价的3D打印机价格在3000至5000元不等,并配有快速入门指南、相应App下载、机器矫正等先容。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

    国内已有的企业和产业平台,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企业,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企业,前身是北京殷华激光快速成形与模具技术有限企业,成立于1993年。从事多种技术工艺的3D打印设备生产。2011年,企业销售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%。
 

    (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企业是3D打印机的生产者和代理商。企业是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企业则自主研发了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App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App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App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App,其产品涉及3D设计App、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App,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企业,南方风机股份有限企业等上市企业。

     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:

 
 

   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企业的营业额接近5亿美金。

   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。

    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企业,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。





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