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解读|国内3D打印产业发展现状及问题

日期: 2018-06-13
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3D打印技术最早可以追溯到1976年喷墨打印机的发明,1984年查尔斯胡尔将光学技术应用于快速成型领域,拉开了3D打印的帷幕。20世纪80年代以后,3D打印行业受到国内外的广泛关注,各种3D打印技术也在多个行业应用并发展,如今已覆盖了制造、医疗、学术、航空航天、军事等多个领域。

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。

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一、国内3D打印产业现状

中国从1991年开始研究3D打印技术,当时的名称叫快速原型技术,国内也在不断跟踪开发。2000年前后,这些工艺从买验室研究逐步向工程化、产品化转化。由于做出来的只是原型,而不是可以使用的产品,而且国内对产品开发也不重视,大多是抄袭,所以快速原型技术在中国工业领域普及得很慢,全国每年仅销售几十台快速原型设备,主要应用于职业技术培训、高校等教育领域。

2000年以后,清华、华中科大、西安交大等高校继续研究3D打印技术。西安交大侧重于应用,做一些模具和航空航天的零部件;华中科技大学开发了不同的3D打印设备;清华大学把快速成形技术转移到企业后,把研究重点放在了生物制造领域。

截至2017年,我国3D打印技术专利申请数量一共9907个,申请人数3062个,平均专利数3.24件。2016年全年3D打印技术专利申请个数3554个,占全部专利数量的35.87%;专利公开个数为4739个,占全部专利数的48.38%,同比增长79.78%。3D打印技术公开的专利中,发明授权专利340个,实用新型专利1630个,外观专利293个,发明专利2530个。

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<<<<市场现状

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。

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近年来我国3D打印行业始终保持每年60-100%的增速

2017年,国内桌面3D打印机出货量增长27%,其中约95%是个人或桌面打印机,其平均价格低于1000美元。总体来看,3D打印桌面级市场竞争已经“白热化”,加上利润低、精度差、实用性欠佳,其天花板效应明显。

相比而言,去年工业级3D打印机出货量虽然只增长了5%,但营收占总收入的80%。所以,虽然消费级设备支撑了出货量,但工业级设备支撑了整个行业的销售收入,未来工业级3D打印设备是行业收入增长的主力军。

3D打印产业链,主要包括基础配件、辅助运行、3D打印材料、3D打印设备和产品应用5个环节。

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从产业布局来看,北京和上海聚集了主要扫描仪和控制软件厂商,以及3D打印机用关键核心零部件的相关厂商。3D的打印设备层面,湖北和陕西在金属材料3D打印领域具有一定的基础。广东在辅助设计、个性化定制、艺术创意等应用服务层具有明显优势。

京津冀地区:3D打印产业发展位于全国领先水平,形成了以北京为核心、多地协同发展,各具特色的产业发展格局。

长三角地区:具备很好的经济发展优势、区位条件和制造业基础,已初步形成包括材料、设备和服务的全3D打印产业链。

珠三角地区:国内3D打印应用服务的高地,主要分布在广州、深圳、东莞等地。

中西部地区:国内3D打印材料的产业化重地,集聚一批龙头企业。

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目前,在3D打印产业的行业应用方面,工业产品占比达到55%,民用产品较为丰富,占到29%,产值规模不断提升。在具体的应用领域方面,直接制造占到35%,另外,模型打印和原型打印的占比也比较高。

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3D打印主要领域应用(国内篇)

<<<<相关政策

目前,全球3D打印技术还在发展初期阶段,各国都在争先发展该项技术,力图占领产业制高点。对应地,我国政府对于3D打印技术的支持,可以追溯到上世纪90年代中期,当时对3D打印技术大概投资了两三千万元,随后在3D打印技术上的投入逐渐减少,直到2012年才又重视起来。近几年来,我国陆续出台了多项政策支持3D打印产业的发展。2017年3D打印产业继续快速发展,在这一年当中国家相关部门出台了8项对3D打印的支持政策,共涉及的国家部门多达23个。近年来部分重要政策汇总如下:

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二、3D打印的优势与缺陷

优势

1、降低产品制造的复杂程度

与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产产品部同,3D打印将三维实体变为若干个二维平面,通过对材料处理并逐层叠加进行生产,大大降低了制造的复杂度。

2、扩大了生产制造的范围

这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力,直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件,使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸,可以造出任何形状的物品。

3、缩短生产制造的时间,提高效率

用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天,根据模型的尺寸以及复杂程度而定,而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时,当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

4、减少产品制造的流程

实践了首件的净型成形,这样后期辅助加工量大大减少,避免了委外加工的数据泄密和时间跨度,尤其适合一些高保密性的行业,如军工、核电领域。

5、即时生产且能够满足客户个性化需求

3D打印机可以按需打印,即时生产减少了企业的实物库存,企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求。

6、开发出更加丰富多彩的产品

传统制造技术和工匠制造的产品形状有限,制造形状的能力受限于所使用的工具。3D打印机可以突破这些局限,开辟巨大的设计空间,甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。

7、提高原材料的利用效率

与传统的金属制造技术相比,3D打印机制造金属时产生较少的副产品。随着打印材料的进步,“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。

8、提高产品的精确度

扫描技术和3D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率,我们可以扫描、编辑和复制实体对象,创建精确的副本或优化原件。

缺陷

1、3D产品难以批量复制。3D在个性化乃至小规模生产中独具特色,但是在批量生产方面无法实现。

2、制作过程相对复杂,尤其是对于复杂结构的产品,需要各种结构信息的采集,打印设备的矫正。

3、材料的突破。3D打印可以应用到很多场景,但是材料和打印工艺、技术与传统制造工艺相比没有优势,这些需要产业界更好的协作推进。

4、成本较高,不可复制性也是成本提升的重要原因之一。技术标准、政策体系不够完善,教育和培训制度急需加强,专业人才比较缺乏。

5、实用性不强,对于一些产品往往只能打印外壳或者样机,无法像原型样机那样具有产品的全部功能。

作为快速成型机,3D是用于完成各类制造工程中等级最低的共通部分。这导致的结果是,这些机器可以做很多事,但做得好的却极少。这不是因为材料特殊或控制太先进复杂而造成的困境。而真正制约3D打印技术创新的是我们看待这些技术的方式:只把它看作单一的部件制造,而缺乏系统性。

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三、3D打印产业发展面临的问题

目前,国内从事3D打印技术研发的科研机构和企业“小而零散,各自为战”,3D打印的产业化还需一个漫长过程。产业整体缺乏创新力,而且研发集中在设备上,材料和软件却跟不上形成配套,短板的存在限制了整个产业的齐头并进与进一步发展。

1、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;而且3D打印技术主要集中在设备制造方面,材料制造和软件设计等还没有配套齐全。

2、技术创新体系不健全

创新资源相对分割,行业标准、检验检测、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。

3、产业管理亟待加强

3D打印产业的发展需要完善的供应商和服务商体系、市场服务平台,产业需要成立相关协会对产业发展管理、监督甚至统筹规划。

4、教育和培训制度急需加强

在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中,缺乏与3D打印相关的必修环节,3D打印停留在部分学生的课外兴趣研究层面。

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我国3D打印技术并非是对传统制造技术的取代与挑战,而是通过与传统制造的融合,对现有生产模式、供应模式、商业模式加以补充和革新。随着我国3D打印技术的成熟和软件系统完善,将会在设计、生产过程控制、后处理等当前生产系统的各个环节实现无缝对接,推动3D打印融入现有生产体系,实现规模化应用。

深圳市爱能特科技有限公司是国内一流的3d打印机生产厂家,旗下产品众多,在国内外广受好评。爱能特产品配有公司自主研发的切片软件,让操作变得更加简单易懂。



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