3D打印专题研究系列报告之一3D打印概览：崛起中的智能制造方式
时间：2016-03-24 11:36 来源：南极熊 作者：中国3D打印网 阅读：次
研究背景及目的
3D打印又被称为增材制造，是一种新型的制造方式，始于上世纪 80年代，经过 30多年的发展，技术已经比较成熟，被广泛应用于航天、军工、医疗等领域，同时也被应用于与我们生活息息相关的文化创意领域。2015年 2月，工信部、发改委和财政部联合发布《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》；8月份，李克强总理主持国务院先进制造与 3D打印专题讲座，听取了相关专家对于 3D打印的介绍。我们相信未来将会有更多的扶持政策出台以支持国内 3D打印的发展，该行业有望涌现出一批优秀的企业。从市场表现看，未来几年，全球 3D打印市场规模年均增速有望继续保持在 30%以上，国内则超过 40%，相关优质企业业绩增速则远高于行业平均水平。
为了能够让市场对 3D打印有更加直观的认识，同时也为了实现资本和产业的良好结合，华融证券近期对 3D打印进行了深度梳理，实地走访了 40多家国内优质 3D打印企业，足迹遍布全国 20多个城市，行程数万公里，在与相关企业建立良好联系的同时，收集整理了大量一手资料我们希望通过这些研究，能够使市场更加了解这个具有朝气的行业，同时也希望能够借助资本的力量助推我国 3D打印产业的发展，为我国向制造业强国迈进贡献一份力量。
我们后续还将发布一系列 3D打印相关研究报告，涵盖技术、应用、市场、竞争格局、未来发展趋势及重点公司研究等内容，敬请期待。同时也希望各方提出宝贵意见。
目录
一、3D打印介绍 .......................................................................................................................................................................... 4
1、技术原理 ......................................................................................................................................................................... 4
2、技术类别 ......................................................................................................................................................................... 5
二、3D打印发展历程 .................................................................................................................................................................. 6
1、早期阶段（1984年以前） ............................................................................................................................................. 6
2、发展阶段（1984-2006） ................................................................................................................................................ 6
3、成长阶段（2007至今） ................................................................................................................................................. 6
三、3D打印产业链 ...................................................................................................................................................................... 9
1、全球 ................................................................................................................................................................................. 9
2、中国 ................................................................................................................................................................................. 9
3、行业整合路径................................................................................................................................................................ 10
[size=12.0000pt]图表目录
图表 1: 传统打印与 3D打印对比 ............................................................................................................................................... 4
图表 2: 3D打印流程图 ................................................................................................................................................................. 5
图表 3：3D打印技术类别 ........................................................................................................................................................... 5
图表 4: 3D打印行业发展历程表（1984-2014） ....................................................................................................................... 7
图表 5：全球 3D打印产业链 ...................................................................................................................................................... 9
图表 6：中国 3D打印产业链 .................................................................................................................................................... 10
图表 7: 2014年全球工业级厂商市场份额 ................................................................................................................................ 10
图表 8：3D SYSTEMS和 STRATASYS的整合路径 ............................................................................................................. 11
图表 9：先临三维 3D打印生态圈 ............................................................................................................................................ 11
一、3D打印介绍
1、技术原理
3D打印学名增材制造或者快速成型，是一种集合了机械、电子、软件、材料等多个学科的制造技术。增材制造，顾名思义，就是增加材料，以从无到有的方式制造物件到建筑行业的混凝土浇灌，小到蛋糕行业的奶油裱花工艺，都可以看作是增材制造。美国材料与测试协会增材制造技术委员会（ASTM F42）对增材制造的定义是：一种与减材制造相反，根据三维数据把材料集中一体的生产过程。按照这一权威定义，增材制造必须由数据驱动。3D打印其实和传统打印机类似，都是由数据驱动硬件完成打印，且都集合了软件、机械、电子多个学科。但两者在打印材料和原理上存在极大的差异。3D打印材料可以分为金属和非金属两大类，形态包括固态、液态、粉末等。每一类材料对应一种或多种打印原理。因此，3D打印在复杂程度上远超传统打印。
3D打印流程一般包括数据获取、数据处理，打印和后处理四个步骤。前两个步骤主要涉及软件和光学成像技术，第三个步骤涉及材料、机械和电子。前三个步骤相辅相成，任何一个环节存在问题都会影响打印的最终结果。后处理步骤更多是采用传统加工方式改善打印物品的外观和特性。由于打印步骤所涉及的技术和领域最广泛，行业内的关注点普遍集中在打印步骤。3D打印的核心技术大多也围绕着这一步骤发展。
2、技术类别
3D打印技术发展至今，在最初的基础上已经衍生出几十种打印技术。ASTM F42增材制造技术委员会在其发布的《增材制造技术标准术语》（ASTMF2792-12a）把打印原理分为七大类，主流的技术都可以归入这七类原理。
二、3D打印发展历程
1、早期阶段（1984年以前）
3D打印技术的起源可以追溯到 19世纪中期。摄影技术发明后不久，发明家开始尝试如何将二维图像转化为三维图像。 1860年，法国人 FrançoisWillème首次设计出一种多角度成像的方法获取物体的三维图像。 1892年，Joseph Blanther发明了用蜡板层叠的方法制作等高线地形图的技术。1904年，Carlo Baese注册了一项用感光材料制作塑料件的专利。20世纪 60年代，美国巴特尔纪念研究所（Battelle Memorial Institute）开展了一系列的实验，试图用不同波长的激光束固化光敏树脂，其原理已经非常接近后期的光固化成型技术。但由于受到计算机、激光、材料等领域的技术限制， 3D打印迟迟没有实质性的发展。1870至 1984年之间，在美国注册的相关的技术专利不到 20项。
2、发展阶段（1984-2006）
1984至1989年的五年时间里，3D打印最核心的4个专利技术SLA、SLS、FDM、3DP相继问世，专利技术数量较 1984年以前大幅增加，行业由此步入了初始发展期。3D Systems、Stratasys、EOS等企业成立，开启了 3D打印商业化时代。同一时期的中国，以清华大学、华中科技大学、西安交通大学等高校为代表的研究团队开始研究 3D印，并研制出少量快速成型的样机。这些最早接触 3D打印的高校研究力量形成了如今国内 3D打印的“五大流派”。3D打印在 1996至 2006的十年间经历了快速发展， LENS、DLP等新技出现，专注特定领域的新进公司涌现，如：Objet（Polyjet技术）、Z Corp.（3DP技术）、Arcam（EBM技术）、Envisiontec（DLP技术）等。工业级设备的成型速度、尺寸和工作温度大幅提升，售价维持在较高水平。较为成熟的SLA和 SLS技术开始应用于汽车、齿科、航空等行业。在中国，这一时期 3D打印的技研发仍以高校为主。一些高校企业尝试产业化，但由于国内对3D打印缺乏认知度，产业化的进程缓慢。但 3D打印已经开始应用于泵阀、珠宝设计等领域。这一时期国内出现了市场化的企业，如上海联泰三维、北京太尔时代等。
3、成长阶段（2007至今）
2007年开始，行业进入快速成长阶段。RepRap和 Fab@Home开源项目的出现和 FDM专利到期等因素，推动了桌面级 3D打印市场快速发展。在线打印服务这一新的商业模式出现。老牌设备厂商开始考虑新的增长点，重视打印服务，并购同行业公司。2013年美国总统奥巴马的国情咨文演讲把 3D打印推向新的高潮。此后两年多时间里，3D打印上市公司的股价经历了过山车行情。相比国外的热闹景象，国内对 3D打印的关注度直到 2013年才开始显著提升。此前工业级 3D打印行业一直不温不火。2013年 5月，科技部公布《国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划制造领域 2014年度备选项目征集指南》，3D打印产业首次入选。2014年，桌面级 3D打印机热潮传导至国内，短短一年内涌现出上百家厂商。而在此之前只有北京太尔时代和杭州铭展等少数几家以出口为主的厂商。3D打印也吸引了资本市场的关注，先临三维等企业登陆资本市场。2015年 2月，工信部、发改委及财政部联合发布了《国家增材制造产业发展推进计划（2015~2016年）》，首次将增材制造产业发展上升到国家战略层面。
三、3D打印产业链
1、全球
3D打印经过 30年的发展，已经形成了一条完整的产业链。产业链的每个环节都聚集了一批领先企业。上游涵盖了扫描设备、逆向工程软件、在线社区、CAD软件、数据修复和材料，解决了 3D打印的数据和材料来源；中游以设备企业为主，这些企业大多都提供材料和打印服务业务，在整个产业链中占据主导地位；下游打印服务是行业发展到一定阶段才出现的商业模式，该环节介于中游和下游之间，负责衔接 3D打印与下游行业应用。从专业级别划分来看，企业大多数集中在工业级领域。
2、中国
国内 3D打印产业链中也是由中游设备企业占据主导地位。相比之下，中国 3D打印产业链上游扫描设备和 CAD软件环节力量薄弱，逆向工程软件和数据修复领域空白。之所以形成这种局面一方面是由于国内企业进入这些行业较晚，另一方面国内在知识产权保护方面和国外存在差距。国外厂商大多专注细分领域，通过长期的积累和投入形成了独有的技术优势，能够牢牢把握所处的环节。而国内厂商在细分领域的关注度普遍不够，时间积累也相对较短。要想在这些领域有所突破，单靠研发难度较大，采用整合的方式可以在短期内弥补短板。
3、行业整合路径
3D打印的核心专利大多被设备厂商掌握，因此在整个产业链中设备厂商占据主导地位。其中美国的 Stratasys和 3D Systems市场份额排名居前。Stratasys公司的创始人是 FDM熔融沉积技术的发明人，公司掌握了三项核心技术。3D Systems的创始人 Hull发明了 SLA光固化成型技术，奠定了公司在3D打印和数字制造领域的龙头地位。
随着专利陆续到期，设备厂商的地位必然会受到冲击。近年来， 3D打印行业整合加剧，其中以 3D Systems和 Stratasys的整合路径最具代表性。3DSystems采取上下游并购路径，并购对象包括服务商、软件公司、材料和设备厂商。 Stratasys的整合路径以横向整合为主，如与 Objet的合并和收购MakerBot。通过一系列的整合，设备企业转变为综合方案提供商，加强了对产业链的整体掌控能力。与此同时，国内以先临三维为代表的企业也开始了行业整合之路。
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