3D打印專題研究系列報告之一3D打印概覽：崛起中的智能制造方式
時間：2016-03-24 11:36 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
研究背景及目的
3D打印又被稱為增材制造，是一種新型的制造方式，始于上世紀 80年代，經過 30多年的發展，技術已經比較成熟，被廣泛應用于航天、軍工、醫療等領域，同時也被應用于與我們生活息息相關的文化創意領域。2015年 2月，工信部、發改委和財政部聯合發布《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》；8月份，李克強總理主持國務院先進制造與 3D打印專題講座，聽取了相關專家對于 3D打印的介紹。我們相信未來將會有更多的扶持政策出臺以支持國內 3D打印的發展，該行業有望涌現出一批優秀的企業。從市場表現看，未來幾年，全球 3D打印市場規模年均增速有望繼續保持在 30%以上，國內則超過 40%，相關優質企業業績增速則遠高于行業平均水平。
為了能夠讓市場對 3D打印有更加直觀的認識，同時也為了實現資本和產業的良好結合，華融證券近期對 3D打印進行了深度梳理，實地走訪了 40多家國內優質 3D打印企業，足跡遍布全國 20多個城市，行程數萬公里，在與相關企業建立良好聯系的同時，收集整理了大量一手資料我們希望通過這些研究，能夠使市場更加了解這個具有朝氣的行業，同時也希望能夠借助資本的力量助推我國 3D打印產業的發展，為我國向制造業強國邁進貢獻一份力量。
我們后續還將發布一系列 3D打印相關研究報告，涵蓋技術、應用、市場、競爭格局、未來發展趨勢及重點公司研究等內容，敬請期待。同時也希望各方提出寶貴意見。
目錄
一、3D打印介紹 .......................................................................................................................................................................... 4
1、技術原理 ......................................................................................................................................................................... 4
2、技術類別 ......................................................................................................................................................................... 5
二、3D打印發展歷程 .................................................................................................................................................................. 6
1、早期階段（1984年以前） ............................................................................................................................................. 6
2、發展階段（1984-2006） ................................................................................................................................................ 6
3、成長階段（2007至今） ................................................................................................................................................. 6
三、3D打印產業鏈 ...................................................................................................................................................................... 9
1、全球 ................................................................................................................................................................................. 9
2、中國 ................................................................................................................................................................................. 9
3、行業整合路徑................................................................................................................................................................ 10
[size=12.0000pt]圖表目錄
圖表 1: 傳統打印與 3D打印對比 ............................................................................................................................................... 4
圖表 2: 3D打印流程圖 ................................................................................................................................................................. 5
圖表 3：3D打印技術類別 ........................................................................................................................................................... 5
圖表 4: 3D打印行業發展歷程表（1984-2014） ....................................................................................................................... 7
圖表 5：全球 3D打印產業鏈 ...................................................................................................................................................... 9
圖表 6：中國 3D打印產業鏈 .................................................................................................................................................... 10
圖表 7: 2014年全球工業級廠商市場份額 ................................................................................................................................ 10
圖表 8：3D SYSTEMS和 STRATASYS的整合路徑 ............................................................................................................. 11
圖表 9：先臨三維 3D打印生態圈 ............................................................................................................................................ 11
一、3D打印介紹
1、技術原理
3D打印學名增材制造或者快速成型，是一種集合了機械、電子、軟件、材料等多個學科的制造技術。增材制造，顧名思義，就是增加材料，以從無到有的方式制造物件到建筑行業的混凝土澆灌，小到蛋糕行業的奶油裱花工藝，都可以看作是增材制造。美國材料與測試協會增材制造技術委員會（ASTM F42）對增材制造的定義是：一種與減材制造相反，根據三維數據把材料集中一體的生產過程。按照這一權威定義，增材制造必須由數據驅動。3D打印其實和傳統打印機類似，都是由數據驅動硬件完成打印，且都集合了軟件、機械、電子多個學科。但兩者在打印材料和原理上存在極大的差異。3D打印材料可以分為金屬和非金屬兩大類，形態包括固態、液態、粉末等。每一類材料對應一種或多種打印原理。因此，3D打印在復雜程度上遠超傳統打印。
3D打印流程一般包括數據獲取、數據處理，打印和后處理四個步驟。前兩個步驟主要涉及軟件和光學成像技術，第三個步驟涉及材料、機械和電子。前三個步驟相輔相成，任何一個環節存在問題都會影響打印的最終結果。后處理步驟更多是采用傳統加工方式改善打印物品的外觀和特性。由于打印步驟所涉及的技術和領域最廣泛，行業內的關注點普遍集中在打印步驟。3D打印的核心技術大多也圍繞著這一步驟發展。
2、技術類別
3D打印技術發展至今，在最初的基礎上已經衍生出幾十種打印技術。ASTM F42增材制造技術委員會在其發布的《增材制造技術標準術語》（ASTMF2792-12a）把打印原理分為七大類，主流的技術都可以歸入這七類原理。
二、3D打印發展歷程
1、早期階段（1984年以前）
3D打印技術的起源可以追溯到 19世紀中期。攝影技術發明后不久，發明家開始嘗試如何將二維圖像轉化為三維圖像。 1860年，法國人 FrançoisWillème首次設計出一種多角度成像的方法獲取物體的三維圖像。 1892年，Joseph Blanther發明了用蠟板層疊的方法制作等高線地形圖的技術。1904年，Carlo Baese注冊了一項用感光材料制作塑料件的專利。20世紀 60年代，美國巴特爾紀念研究所（Battelle Memorial Institute）開展了一系列的實驗，試圖用不同波長的激光束固化光敏樹脂，其原理已經非常接近后期的光固化成型技術。但由于受到計算機、激光、材料等領域的技術限制， 3D打印遲遲沒有實質性的發展。1870至 1984年之間，在美國注冊的相關的技術專利不到 20項。
2、發展階段（1984-2006）
1984至1989年的五年時間里，3D打印最核心的4個專利技術SLA、SLS、FDM、3DP相繼問世，專利技術數量較 1984年以前大幅增加，行業由此步入了初始發展期。3D Systems、Stratasys、EOS等企業成立，開啟了 3D打印商業化時代。同一時期的中國，以清華大學、華中科技大學、西安交通大學等高校為代表的研究團隊開始研究 3D印，并研制出少量快速成型的樣機。這些最早接觸 3D打印的高校研究力量形成了如今國內 3D打印的“五大流派”。3D打印在 1996至 2006的十年間經歷了快速發展， LENS、DLP等新技出現，專注特定領域的新進公司涌現，如：Objet（Polyjet技術）、Z Corp.（3DP技術）、Arcam（EBM技術）、Envisiontec（DLP技術）等。工業級設備的成型速度、尺寸和工作溫度大幅提升，售價維持在較高水平。較為成熟的SLA和 SLS技術開始應用于汽車、齒科、航空等行業。在中國，這一時期 3D打印的技研發仍以高校為主。一些高校企業嘗試產業化，但由于國內對3D打印缺乏認知度，產業化的進程緩慢。但 3D打印已經開始應用于泵閥、珠寶設計等領域。這一時期國內出現了市場化的企業，如上海聯泰三維、北京太爾時代等。
3、成長階段（2007至今）
2007年開始，行業進入快速成長階段。RepRap和 Fab@Home開源項目的出現和 FDM專利到期等因素，推動了桌面級 3D打印市場快速發展。在線打印服務這一新的商業模式出現。老牌設備廠商開始考慮新的增長點，重視打印服務，并購同行業公司。2013年美國總統奧巴馬的國情咨文演講把 3D打印推向新的高潮。此后兩年多時間里，3D打印上市公司的股價經歷了過山車行情。相比國外的熱鬧景象，國內對 3D打印的關注度直到 2013年才開始顯著提升。此前工業級 3D打印行業一直不溫不火。2013年 5月，科技部公布《國家高技術研究發展計劃(863計劃)、國家科技支撐計劃制造領域 2014年度備選項目征集指南》，3D打印產業首次入選。2014年，桌面級 3D打印機熱潮傳導至國內，短短一年內涌現出上百家廠商。而在此之前只有北京太爾時代和杭州銘展等少數幾家以出口為主的廠商。3D打印也吸引了資本市場的關注，先臨三維等企業登陸資本市場。2015年 2月，工信部、發改委及財政部聯合發布了《國家增材制造產業發展推進計劃（2015~2016年）》，首次將增材制造產業發展上升到國家戰略層面。
三、3D打印產業鏈
1、全球
3D打印經過 30年的發展，已經形成了一條完整的產業鏈。產業鏈的每個環節都聚集了一批領先企業。上游涵蓋了掃描設備、逆向工程軟件、在線社區、CAD軟件、數據修復和材料，解決了 3D打印的數據和材料來源；中游以設備企業為主，這些企業大多都提供材料和打印服務業務，在整個產業鏈中占據主導地位；下游打印服務是行業發展到一定階段才出現的商業模式，該環節介于中游和下游之間，負責銜接 3D打印與下游行業應用。從專業級別劃分來看，企業大多數集中在工業級領域。
2、中國
國內 3D打印產業鏈中也是由中游設備企業占據主導地位。相比之下，中國 3D打印產業鏈上游掃描設備和 CAD軟件環節力量薄弱，逆向工程軟件和數據修復領域空白。之所以形成這種局面一方面是由于國內企業進入這些行業較晚，另一方面國內在知識產權保護方面和國外存在差距。國外廠商大多專注細分領域，通過長期的積累和投入形成了獨有的技術優勢，能夠牢牢把握所處的環節。而國內廠商在細分領域的關注度普遍不夠，時間積累也相對較短。要想在這些領域有所突破，單靠研發難度較大，采用整合的方式可以在短期內彌補短板。
3、行業整合路徑
3D打印的核心專利大多被設備廠商掌握，因此在整個產業鏈中設備廠商占據主導地位。其中美國的 Stratasys和 3D Systems市場份額排名居前。Stratasys公司的創始人是 FDM熔融沉積技術的發明人，公司掌握了三項核心技術。3D Systems的創始人 Hull發明了 SLA光固化成型技術，奠定了公司在3D打印和數字制造領域的龍頭地位。
隨著專利陸續到期，設備廠商的地位必然會受到沖擊。近年來， 3D打印行業整合加劇，其中以 3D Systems和 Stratasys的整合路徑最具代表性。3DSystems采取上下游并購路徑，并購對象包括服務商、軟件公司、材料和設備廠商。 Stratasys的整合路徑以橫向整合為主，如與 Objet的合并和收購MakerBot。通過一系列的整合，設備企業轉變為綜合方案提供商，加強了對產業鏈的整體掌控能力。與此同時，國內以先臨三維為代表的企業也開始了行業整合之路。
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