时间：2016-03-24 14:05 来源：南极熊 作者：中国3D打印网 阅读：次

     2015年，南极熊3D打印网与华融证券合作，共同对3D打印行业的一批优秀企业进行了调研，共计走访了近50家优秀的3D打印企业，涵盖华北、华东、华中、华南以及西部地区的一些公司，企业类型上覆盖了印机研发生产企业、耗材研发生产企业、打印服务企业、代理公司、设计公司、云平台等.在长达2个月的走访及现场调研之后，华融证券撰写了一系列的研究分析报告.

 

南极熊将逐渐免费公开这些3D打印行业研究报告的内容，以提供给3D打印行业内外人士作为参考资料。南极熊作为3D打印行业第一互动媒体，一直致力于推动3D打印行业的发展，除了发布最新的行业发展动态，南极熊还开展产品评测，组织线下交流活动，提供优质的3D模型下载，对行业进行深度研究等。本次联手华融证券，就是希望与专业的行业研究机构合作，共同推出专业的研究报告。与其他国内外所谓的研究机构相比，本报告不但具有一定的专业性，而且分析深入，干货多，而且是免费开放给所有熊友。

3D打印专题研究系列报告之三
3D打印技术：光聚合成型

三种光聚合成型类技术原理相似，在产品性能、应用范围等存在差异：

光固化成型、数字光处理以及聚合物喷射同属于光聚合成型 3D打印技术，原理类似，但由于使用的光源以及具体工艺的差异，导致在打印速度、精度、光洁度等方面各有优劣，在应用方面也是各有侧重.

光固化成型技术（SLA）：主要利用液态光敏树脂在紫外激光束照射下会快速固化的特性.优点：工艺成熟度高/加工速度快、无需切削工具与模具/成型精度高/表面质量好.缺点：SLA系统造价高昂/工作环境要求苛刻,需密闭和避光/成型件强度、刚度、耐热性有限，不利于长时间保存/软件系统操作复杂，入门困难/后处理相对繁琐.应用行业：航天军工、汽车、消费品、电器及医疗等.代表企业：3D Systems.

数字光处理技术（DLP）：主要利用液态光敏树脂在数字光照射下会快速固化的特性.优点：打印速度快，甚至比 SLA都快/打印精度高/打印分别率高，物体表面光滑。缺点：机型造价高/所用的液态树脂材料较贵容易造成材料浪费/使用时需密闭。应用行业：珠宝首饰、生物医疗、文化创意、航空航天、建筑工程、高端制造等。代表企业：Envision TEC。


聚合物喷射技术（PolyJet）：主要利用液态光敏树脂在紫外光照射下会快速固化的特性。优点：打印质量、精度高/清洁，适合于办公室环境/打印速度快/用途广。缺点：需要支撑结构/耗材成本相对较高/成型件强度较低。应用行业：航空航天、汽车、建筑、军工、商业品、消费品、医疗等。代表企业：Objet
12年与Stratasys合并)。

风险提示 
1、3D 打印技术发展不达预期；2、出现更先进的生产技术。 










一、光聚合成型类 3D打印技术路线概述：





 


按打印耗材种类的不同，3D打印技术又可分为非金属  3D打印技术和金属3D 打印技术。其中，FDM、SLA、DLP、3DP 等属于非金属 3D  打印技术；SLM、DMLS、EBM等属于金属材料  3D打印技术。

2、光聚合成型类 3D打印技术概述

光聚合成型类3D打印技术是一类利用光敏材料在光照射下固化成型的3D打印技术的统称。其主要包括三种技术路线：其一是由美国 3D Systems开发并最早实现商业化的光固化成型技术（SLA）；其二是由德国 envision TEC公司基于数字光处理（DLP）投影仪技术的基础上开发 DLP 3D打印技术；其三则是由以色列 Objet公司（2012年与   Stratasys合并）开发的聚合物喷射技术（PolyJet）。


 


但使用的光源不同，在产品性能、应用范围等方面存在差异。接下来，具体从工作原理、优缺点、典型设备、应用领域及耗材等几个方面对三种技术进行详细论述。



二、光固化成型技术（SLA）



光固化成型（Stereo Lithography Appearance，SLA）技术是由 Charles Hull于 1983年发明，并在  1986年获得申请专利，是最早实现商业化的 3D打印技术.SLA又叫“立体光固化成型法”或“激光光固化”.1986年，Charles   Hull成立 3D  Systems公司，大力推动相关业务发展.1988年该公司根据  SLA成型技术原理生产出世界上第一台 SLA 3D打印机——SLA250，并将其商业化.经过多年发展，3D Systems公司已成为全球最大的  3D打印设备提供商.


SLA主要利用液态光敏树脂在紫外激光束照射下会快速固化的特性.具体工作原理：①在树脂槽中盛满液态光敏树脂，可升降工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机控制下，按照截面轮廓要求，沿液面进行扫描，被扫描的区域树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片；②升降工作台下降一个层厚距离，液体树脂再次暴露在光线下，再次扫描固化，如此重复，直到整个产品成型；③升降台升出液体树脂表面，取出工件，进行相关后处理。

 


2、SLA优缺点

在目前应用较多的几种 3D打印技术中，SLA由于具有成型过程自动化程度高、制作原型精度高、表面质量好以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点，使之得到较为广泛的应用.
SLA主要优点：

（1）是最早出现的快速原型制造工艺，成熟度高.
（2）由 CAD数字模型直接制成原型，加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具.
（3）成型精度高（在 0.1mm左右）、表面质量好.

SLA主要缺点：

（1）SLA系统造价高昂，使用和维护成本相对过高.
（2）工作环境要求苛刻.耗材为液态树脂，具有气味和毒性，需密闭，
同时为防止提前发生聚合反应，需要避光保护。
（3）成型件多为树脂类，强度、刚度、耐热性有限，不利于长时间保存。
（4）软件系统操作复杂，入门困难。
（5）后处理相对繁琐。打印出的工件需用工业酒精和丙酮进行清洗，并
进行二次固化。


 


3D  Systems  技术实力强劲.通过自主研发、收购兼并等方式，公司相继实现了立体光固化成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、彩色喷射打印（CJP）、多喷头打印（MJP）等 3D打印机的商业化运作.同时，公司的  Medical Modeling开创了虚拟手术技术（VSP），其服务达到世界领先水平，帮助了数以千计的患者.3D  Systems  技术实力强劲.通过自主研发、收购兼并等方式，公司相继实现了立体光固化成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、彩色喷射打印（CJP）、多喷头打印（MJP）等 3D打印机的商业化运作.同时，公司的  Medical Modeling开创了虚拟手术技术（VSP），其服务达到世界领先水平，帮助了数以千计的患者.

 

3D  Systems 的历史是一部 3D打印全产业链并购史.公司从成立至今围绕整个 3D 打印产业链相继并购了数十家企业.特别是随着近几年 3D  打印关注度的提升，公司并购步伐加快.2011年，公司相继收购定制化零部件制造服务商 Quickparts和多色喷墨  3D打印领域领导者 Z Corporation.2013年  8月，公司宣布收购英国的  CRDM  公司，后者专门从事航空航天、赛车运动、医疗设备行业的快速原型和快速模具服务.此举将帮助公司站稳英国市场.同年，公司又相继收购了专门用 3D打印技术制作甜品的  The Sugar Lab公司、3D打印陶瓷技术的领先供应商 Figulo公司以及施乐公司旗下位于威尔逊维尔，俄勒冈的产品设计/工程/化学组.2014年，公司并购达到巅峰，相继收购了俄克拉荷马州的姊妹公司  American  Precision  Prototyping 和  American  PrecisionMachining、Medical  Modeling  公司、美国先进制造产品开发和工程服务商


Laser Reproductions、拉美最大的 3D打印服务商 Robtec、仿真手术设备巨头Simbionix公司、比利时的直接金属  3D打印和制造服务供应商  Layer Wise公司以及CAD/CAM软件厂商  Cimatron公司.为加强在中国的业务开展，2015年 3D Systems收购中国无锡易维及其全资子公司，并创建  3D Systems中国.公司收入增速放缓，净利润转正为负，出现亏损.2014年，公司实现营收6.54亿美元，同比增长  27.3%，增速放缓；实现净利润 1164万美元，同比降低 73.6%.2015 年上半年，公司营收同比增速进一步放缓至 10.7%，而净利润则为-2688万美元，出现亏损.Laser Reproductions、拉美最大的 3D打印服务商 Robtec、仿真手术设备巨头Simbionix公司、比利时的直接金属  3D打印和制造服务供应商  Layer Wise公司以及 CAD/CAM软件厂商  Cimatron公司.为加强在中国的业务开展，2015年 3D Systems收购中国无锡易维及其全资子公司，并创建  3D Systems中国.公司收入增速放缓，净利润转正为负，出现亏损.2014年，公司实现营收6.54亿美元，同比增长  27.3%，增速放缓；实现净利润 1164万美元，同比降低 73.6%.2015 年上半年，公司营收同比增速进一步放缓至 10.7%，而净利润则为-2688万美元，出现亏损.


 



（2）SLA型  3D打印设备——3D Systems ProX950 

3D Systems生产的   ProX 950属生产级 3D打印机，相比之前的  3D打印机，其可以更快速的制造出精细的塑料零件，同时摆脱了注塑制造或 CNC  的设计限制。采用新的 PloyRay技术，其打印速度可以达到其他  3D打印机的  10倍。


 


具体性能如下：
（1）成型最大尺寸 1500×750×550mm，零件最大重量为 150kg。
（2）采用新的 PloyRay  技术，打印精度可达到或超过注塑成型的精度，
可与 CNC匹敌。
（3）速度可达到其他 3D打印机的  10倍，只需两天即可制造出全尺寸仪
表盘。
（4）材料利用率高，所有未使用的材料均保留在系统内。
（5）材料选择广泛，可满足从类丙烯腈丁二烯苯乙烯的韧性到类聚碳酸
脂的透明度等一系列零件属性。

4、SLA应用

SLA由于具有加工速度快、成型精度高、表面质量好，技术成熟等优点，在概念设计、单件小批量精密铸造、产品模型及模具等方面被广泛应用于航空、汽车、消费品、电器及医疗等领域。
 



就目前来看，光固化成型（SLA）技术未来将向高速化、节能环保、微型化方向发展.随着加工精度的不断提高，SLA将在生物、医药、微电子等方面得到更广泛的应用.

5、SLA打印材料


基于光固化成型技术（SLA）的 3D  打印机耗材一般为液态光敏树脂，比如光敏环氧树脂、光敏乙烯醚、光敏丙烯树脂等。光敏树脂是一类在紫外线照射下借助光敏剂的作用能发生聚合并交联固化的树脂，由光敏剂和树脂组成。


目前，用于 SLA技术比较成熟的材料主要有以下四个系列：

①Ciba（瑞士）公司生产的 CibatoolSL系列。
②Dupont（美国）公司生产的 SOMOS系列。
③Zeneca（英国）公司生产的 Stereocol系列。
④RPC（瑞士）公司生产的 RPCure系列。

三、数字光处理技术（DLP）

1、DLP工作原理

DLP是  3D打印成型技术的一种，被称为数字光处理快速成型技术.DLP技术与 SLA有很多相似之处，其工作原理也是利用液态光敏聚合物在光照射下固化的特性.DLP技术使用一种较高分辨率的数字光处理器（DLP）来固化液态光聚合物，逐层对液态聚合物进行固化，如此循环往复，直到最终模型完成.DLP成型技术一般采用光敏树脂作为打印材料.

 


DLP 和 SLA 同属于光聚合成型，两者最大的差别在于照射的光源：SLA采用激光点聚焦到液态光聚合物，而 DLP成型技术是先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来固化光聚合物.

2、DLP优缺点

在成型时，SLA 一般是由点到线、再由线到面，而 DLP  则是一层一层地成型。因此，DLP成型的速度要比  SLA快。由于造价较高，基于 DLP技术的3D打印机价格要比  FDM机型高，甚至比  SLA机型高。



 

      MoonRay 3D打印机具体性能如下：

（1）成型空间 127×81×220mm。
（2）x、y轴的精度为  0.10mm，z轴的精度为  0.02mm。
（3）打印速度：每小时 25.0mm。


DLP技术具有打印速度快、成型精度高、打印物体表面光滑等优点，同时，具有机型造价高、打印成本贵的缺点，因此主要被应用于对精度和表面光洁度要求高但对成本相对不敏感的领域，如珠宝首饰、生物医疗、文化创意、航空航天、建筑工程、高端制造。

 

5、DLP打印材料

       基于数字化光处理技术（DLP）的 3D打印机耗材与  SLA类似，一般也为液态光敏树脂.光敏树脂是一类在紫外线照射下借助光敏剂的作用能发生聚合并交联固化的树脂，由光敏剂和树脂组成.



 


      上图为 PolyJet  聚合物喷射系统结构.其成型原理也是光敏树脂在紫外光照射下固化.具体打印过程是：①喷头沿 X/Y轴方向运动，光敏树脂喷射在工作台上，同时 UV紫外光灯沿着喷头运动方向发射紫外光对工作台上的光敏树脂进行固化，完成一层打印；②之后工作台沿 Z轴下降一个层厚，装置重复上述过程，完成下一层的打印；③重复前述过程，直至工件打印完成.④去除支撑结构.     

       2、PolyJet优缺点
     
        聚合物喷射技术在打印过程中需要.PolyJet  技术是一种强大的增材制造制造方法，能够制作出光滑、精准的原型、部件和工具.可达 16μm的层分辨率和高达  0.1mm  的精度使其能够使用范围极广的材料制作出薄壁和复杂的几何形状.

        （1）打印质量、精度高。高达 16μm 的层分辨率和 0.1mm  的精度，可确保获得光滑、精准部件和模型。


         （2）清洁，适合于办公室环境。PolyJet技术采用非接触树脂载入/卸载，支撑材料清除和喷头更换都很容易。

         （3）打印速度快。得益于全宽度上的高速光栅构建，可实现快速的流程，可同时构建多个项目，并且无需二次固化。


         （4）用途广。由于打印材料品种多样，可适用于不同几何形状、机械性能及颜色的部件。此外，所有类型的模型均使用相同的支持材料，因此可快速便捷地变换材料。


        PolyJet  技术的主要缺点：

        （1）需要支撑结构。

（2）耗材成本相对较高。尽管与 SLA一样均使用光敏树脂作为耗材，但价格比 SLA的高。

         3）成型件强度较低。由于材料是树脂，成型后的工件强度、耐久性都不是太高。

      3、主要厂商及设备情况

（1）代表企业：Stratasys 

Stratasys 公司（纳斯达克代码：SSYS）是一家全球领先的 3D  打印和增材制造方案提供商，公司是由原 Stratasys Inc和以色列  Objet公司于  2012年合并而成，合并后的公司沿用 Stratasys的名称，市场份额约为  54.7%（2014年末）.SSYS现有员工  2800多人，总部分别设在美国明尼苏达州   Minneapolis和以色列 Rehovot.Stratasys Inc的创始人  Scott Crump是 FDM（熔融沉积成型）技术的发明者.





SSYS 在全球拥有 600 多项增材制造专利，主要的专利技术包括 FDM、Polyjet和  WDM（蜡沉积成型）.Stratasys  Inc靠  FDM技术起家，拥有   FDM专利和相应产品.通过与 Objet合并，引入其  Polyjet相关技术，充实了工业级产品线.2013年 6月，SSYS收购了主打桌面级   3D打印市场的厂商 MakerBot，进一步扩充了桌面级产品线.通过并购，Stratasys巩固了自身的行业地位，与另一行业巨头 3D Systems（纳斯达克代码：DDD）分庭抗礼.

       装机量是考量 3D打印行业公司的一个重要标准。2004至   2012（合并前），Stratasys Inc和Objet的装机量都经历了快速增长，CAGR分别为   29%和 47%。


       截至 2015年一季度，旗下所有品牌累计售出  12.9万台打印机，在行业内排名第一.由于  3D 打印机的使用过程中需要用到耗材，而耗材的利润率高于 3D打印硬件.因此装机量是 SSYS的一大优势，相比装机量低的公司，SSYS未来业绩增长更有保障.

        2014年，SSYS收入   7.5亿美元，净利润-1.2亿美元.2015第一季度亏损达 2.2 亿美元，盈利状况不容乐观.其中一个重要的原因是 2013  年收购的MakerBot 增长远不及预期，截至目前已累计造成 3  亿美元的资产减值，约为当初收购价的 73%.SSYS目前市值  14.7亿美元，较 2014年  9月的历史最高已缩水 78.3%.截至 8月  14日，公司卖空股数占流通股数比例为  25.7%，较2014年  9月底的  10.8%大幅提高，一定程度上反映了投资者情绪的变化.




（2）PolyJet型  3D打印设备——Objet 1000 Plus工业级   3D打印机

Objet 1000 Plus是目前世界上最大型的多材料  3D打印机，配备从全比例原型到精密小型零件的全封装托盘。



Objet 1000 Plus具体性更如下：

（1）高输出量，低成本.Objet 1000 Plus配备  1000 x 800 x 500 mm的超大构建托盘，可  1:1 打印，简化生产流程.同时，该打印机直接根据 CAD数据制造多材料零件，大部分时间都在无人值守的情况下运行.此外，与之前的系统相比，它的打印速度提高了 40%，较其他 PolyJet系统其单件打印成本最低.

（2）可多材料打印，最大程度减少后期处理需求.Objet 1000 Plus单次最多可打印 14  种材料，进而避免了刚性材料难以钻削和装配的问题.同时，打印出的工件无需进行上漆、抛光或涂橡胶等处理，支撑材料可轻松处理.

4、PolyJet应用

PolyJet 3D  打印技术具有快速加工和原型制造的诸多优势，甚至能快速、高精度地生成具有卓越的精致细节、表面平滑的最终用途零件.基于诸多优势，PolyJet  技术应用广泛，在航空航天、汽车、建筑、军工、商业品、消费品、医疗等行业具有很好的应用前景.PolyJet 3D  打印技术具有快速加工和原型制造的诸多优势，甚至能快速、高精度地生成具有卓越的精致细节、表面平滑的最终用途零件.基于诸多优势，PolyJet  技术应用广泛，在航空航天、汽车、建筑、军工、商业品、消费品、医疗等行业具有很好的应用前景.

PolyJet 3D  打印技术使用的光敏聚合物多达数百种。从橡胶到刚性材料，从透明材料到不透明材料，从无色材料到彩色材料，从标准等级材料到生物相容性材料，以及用于在牙科和医学行业进行 3D打印的专用光敏树脂。





五、结论与展望

       三种光聚合成型类 3D打印技术基本原理都是利用液态光敏聚合物（树脂）在光照射下固化的特性，只是使用的光源不同。其中，SLA使用的光源为紫外激光束，DLP使用的光源为数字光处理器，PolyJet  使用的光源为紫外光。此外，三种技术使用的耗材均为光敏聚合物（树脂）。






六风险提示

1、3D 打印技术发展不达预期；2、出现更先进的生产技术。 


免责声明 
丁思德，张迪，在此声明，本人具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并注册为证券分析师，以勤勉的职业态度，独立、客观地出具本报告。本报告清晰准确地反映了本人的研究观点。本人不曾因，不因，也将不会因本报告中的具体推荐意见或观点而直接或间接收到任何形式的补偿等。华融证券股份有限公司（已具备中国证监会批复的证券投资咨询业务资格）已在知晓范围内按照相关法律规定履行披露义务。华融证券股份有限公司（以下简称本公司）的资产管理和证券自营部门以及其他投资业务部门可能独立做出与本报告中的意见和建议不一致的投资决策。本报告仅提供给本公司客户有偿使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本公司会授权相关媒体刊登研究报告，但相关媒体客户并不视为本公司客户。本报告版权归本公司所有。未获得本公司书面授权，任何人不得对本报告进行任何形式的发布、复制、传播，不得以任何形式侵害该报告版权及所有相关权利。本报告中的信息、建议等均仅供本公司客户参考之用，不构成所述证券买卖的出价或征价。本报告并未考虑到客户的具体投资目的、财务状况以及特定需求，在任何时候均不构成对任何人的个人推荐。客户应当对本报告中的信息和意见进行独立评估，并应同时考量各自的投资目的、财务状况和特定需求，必要时可就研究报告相关问题咨询本公司的投资顾问。本公司市场研究部及其分析师认为本报告所载资料来源可靠，但本公司对这些信息的准确性和完整性均不作任何保证，也不承担任何投资者因使用本报告而产生的任何责任。本公司及其关联方可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易，还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务，敬请投资者注意可能存在的利益冲突及由此造成的对本报告客观性的影响。 


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华融证券 3D 打印研究团队 

原文链接：http://www.nanjixiong.com/thread-59951-1-1.html

(责任编辑：admin)

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