3D打印專題研究系列報告之七:3D打印在消費和電子產品行業的應用
時間：2016-03-25 13:34 來源：南極熊3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
2015年，南極熊3D打印網與華融證券合作，共同對3D打印行業的一批優秀企業進行了調研，共計走訪了近50家優秀的3D打印企業，涵蓋華北、華東、華中、華南以及西部地區的一些公司，企業類型上覆蓋了印機研發生產企業、耗材研發生產企業、打印服務企業、代理公司、設計公司、云平臺等.在長達2個月的走訪及現場調研之后，華融證券撰寫了一系列的研究分析報告.
南極熊將逐漸免費公開這些3D打印行業研究報告的內容，以提供給3D打印行業內外人士作為參考資料.南極熊作為3D打印行業第一互動媒體，一直致力于推動3D打印行業的發展，除了發布最新的行業發展動態，南極熊還開展產品評測，組織線下交流活動，提供優質的3D模型下載，對行業進行深度研究等.本次聯手華融證券，就是希望與專業的行業研究機構合作，共同推出專業的研究報告.與其他國內外所謂的研究機構相比，本報告不但具有一定的專業性，而且分析深入，干貨多，而且是免費開放給所有熊友.
3D打印專題研究系列報告之七
3D打印在消費和電子產品行業的應用和展望
3D打印在消費品行業應用規模居前
3D打印技術的下游應用以消費和電子產品、機械、醫療、汽車和航空航天行業為主。按照銷售規模排名，3D打印在機械、消費品和汽車行業的應用規模居前。其中消費品行業的占比 16.6%，位居第二。3D打印在消費品行業的應用主要集中在產品設計和開發環節。行業應用優勢明顯消費品行業具有產品生命周期短，更新換代快的特性，需要持續不斷的開發和投入。3D打印的優勢在于小批量、快速生產復雜度高的產品。借助 3D打印的優勢，可以縮短產品開發周期，削減設計成本，這對于消費品行業意義重大。華融證券 3D打印研究團隊分析師：張迪3D打印在消費品行業的應用優勢主要體現在提升設計水平和節省設計成本兩個方面。3D打印在原型制造和概念驗證的應用已成為趨勢。隨著 3D打印技術和材料的發展和個性化需求的提升，3D打印將更多的用于直接制造。
未來展望
長期來看，3D打印是傳統制造不可或缺的補充，而不是替代。傳統的大規模生產仍將在很長的一段時間占據主導地位，而 3D打印對消費品行業的影響也會逐漸顯現，這些影響主要來自消費品行業價值鏈的重塑和技術發展3D打印可以減少零件生產和組裝，從而縮短供應鏈。未來實體產品都可以轉化為數據，產品的銷售模式由賣實物轉為賣數據。產品先通過互聯網銷售再生產，滯銷的風險被降到最低。當技術和材料發展到一定程度時，產品的生產端將無限接近客戶需求端，傳統的物流和庫存管理將不復存在。放眼未來，3D打印技術的發展，數字化庫存、當地即時生產以及分散式的制造模式逐漸興起。放眼未來，工業時代繁瑣的分工協作模式和冗長的供應鏈條將極大簡化，個性化需求持續釋放，人類社會終將迎來大規模定制時代。
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目錄
一、3D打印在消費品行業的應用 .......................... 5
1、市場規模和增速 ........................ 5
2、應用領域 ................................ 5
3、技術類型 ......................... 7
4、應用優勢 .................................. 8
二、行業應用案例 ...................................... 11
1、消費電子行業應用 .............................. 11
2、玩具行業應用................................ 11
3、家電行業應用............................. 12
4、體育用品行業應用 .................................... 13
5、日用品行業應用 ................................. 13
三、未來展望 ................................. 14
1、3D打印重塑行業的價值鏈 ...................................... 14
2、從大規模生產到大規模定制 ........................... 14
一、3D打印在消費品行業的應用
1、市場規模和增速
3D打印技術的下游應用以消費品和電子產品（以下簡稱“消費品”）、機械、醫療、汽車和航空航天行業為主。據 Wohlers Association統計，2014年全球 3D打印行業規模為 41億美元。按照銷售規模排名，3D打印在機械、消費品和汽車行業的應用規模居前。其中消費品行業的占比 16.6%，位居第二。相比 2013年，該比例由 19%降到了 16.6%，而消費品行業 3D打印規模由 5.8億美元增長至 7億美元，增速達到 21%。
Wohlers Association預計 2020年全球 3D打印市場規模將達到 212億美元，未來 6年行業平均增速 31.5%。研究機構 Canalys Research預測 2015年全球3D打印行業增速為 56%。假設消費品行業應用規模占比保持在 15%的水平， 2020年 3D打印在消費品行業應用規模將達到 32億美元，未來 6年平均增速為28.7%。
2、應用領域
消費品行業涵蓋范圍較廣，主要包括手機、電子產品、電腦、家電、工具和玩具等行業。消費品生命周期一般比較短，更新換代的頻率高。普遍采用大規模生產和銷售的方式。目前 3D打印在消費品行業的應用主要集中在產品設計和開發環節。直接數字化制造（以下簡稱“直接制造”）在消費品行業應用不及航空航天、醫療等行業普及。3D打印在模型或原型制造（prototyping）和概念驗證（proof of concept）環節扮演了重要的角色。Sculpteo公司最近的一次問卷調查結果顯示，原型制造和概念驗證是 3D打印最重要的兩項用途。歐美受訪者中平均 59%和 35%認為 3D打印的用途是原型制造和概念驗證，其次是生產造（27%）。在產品設計初期，設計師提出設計概念并轉化為模型，用于進一步的設計和改進。接下來的開發過程包括各種測試，對模型的工藝要求和特性提出了各種需求。3D打印的優勢在于可以滿足各個設計環節的需求，并賦予設計環節極高的靈活性。相比傳統的注射成型（ injection molding）技術的耗時費力，3D打印在原型制造和概念驗證的應用已成為一種趨勢。
直接制造是指直接用快速成型的方法生產出最終產品。雖然同屬快速成型范疇，直接制造與前述的模型制造目的不同，前者以滿足最終使用為目的，后者以滿足設計環節需求為主。目前直接制造在消費品行業主要應用于輔助工具、特殊部件和個性化產品制造，如夾具、固定件、碳纖維材料部件。直接制造被認為是快速成型技術發展的趨勢。隨著未來 3D打印技術和材料的發展和個性化需求的提升，直接制造在消費品行業的應用會更普遍。
3、技術類型
我們在之前的報告中對 3D打印技術有過詳細的介紹，此處簡單介紹幾種在消費品行業廣泛應用的技術。
光固化成型（SLA）
SLA技術的優勢在于打印質量較高，可用于打印復雜度高的模型。劣勢在于 SLA設備和材料成本較高，材料的耐用性較低，大量打印的經濟性不高。因此，該技術應用在概念設計和早期設計階段較為合適。
選擇性激光燒結（SLS）
相比 SLA，用 SLS技術打印的部件耐用性略高，因此可以用于一些特定的測試階段。材料范圍更廣也使得 SLS的應用范圍可以不局限于早期設計階段。
熔融層積（FDM）
FDM技術是目前市場上應用最廣泛的技術。用 FDM技術打印出來的部件盡管在像素方面不如 SLA和 SLS，但是由于打印材料的選擇性多且強度大，可以應用于
測試的范圍更廣。因此，FDM技術主要用于設計和制造用于最終產品的部件。
聚合體噴射（Polyjet）
Polyjet技術是一項相對較新的技術。該技術的優勢主要體現在精度和速度，Polyjet打印機可以打印表面光滑度較高的復雜模型。相比傳統數控機床（CNC），用 Polyjet技術打印小批量模型可以把成本控制在較低水平，但是大批量生產的成本依舊較高。此外，由于材料范圍有限，Polyjet打印的部件耐用性不及 SLS或 FDM打印的部件。因此，此項技術適用于概念設計和適應性測試階段.
4、應用優勢
消費品行業具有產品生命周期短，更新換代快的特性，需要持續不斷的開發和投入。借助 3D打印的優勢，可以縮短產品開發周期，大幅削減設計成本，這對于消
費品行業意義重大。3D4打印在消費品行業的應用優勢主要有以下兩點：
（1）提升設計水平
模型制造貫穿于產品開發的各個階段。傳統模式下，模型的復雜程度對制作難度和成本的影響呈現幾何級遞增。考慮到設計周期和成本問題，很多復雜的設計只能向現實低頭。現有的 3D打印技術可以實現各種復雜設計的模型制作，賦予設計師更多的自由，產品設計水平大幅提升。以迭代設計為例，在一個設計周期內，迭代設計一般需要在制模完成后才能進行。迭代往往伴隨著成本的上升，這必然會約束設計師的設計水平。 3D打印技術在模型制造和時間成本方面的優勢，幫助設計師在更短時間內以幾乎可以忽略不計的成本進行迭代設計。此外，有了 3D打印，設計師可以忽略傳統設計制造標準，無需考慮設計的產品能否被制造出來。設計師可以在產品設計過程中直接打印模型，省略了外部模型制作環節，還可以有效防范數據泄漏。
（2）節省材料和時間成本
傳統的模型制造一般采用鑄模和注射成型的方式，根據模型的復雜程度，制造周期在一周到兩個月之間。模型越復雜，制造成本越高。而 3D打印機打印一個復雜模型和一個簡單模型所需的成本沒有差別，不同的只是數據文件。3D打印的材料平均利用率要遠高于傳統技術。傳統減材制造方法的材料的平均利用率大概在25%左右，而 3D打印材料平均利用率理論上接近 100%。實際運用中，金屬 3D打印比非金屬打印的材料利用率更高，絕大多數剩余的金屬粉末都能回收利用。市面上已經有支持可回收非金屬材料的 3D打印設備在出售。
除了材料成本，時間成本對于消費品公司也非常關鍵。傳統外包模式下，模型的平均交貨周期在一周左右。由于成本方面的考慮，模型往往需要等設計方案足夠完善才開始制造，相關的內部流程和模型交貨期消耗了成倍的時間。相比傳統模型制造周期以天為單位，3D打印技術以小時為單位，且打印工作完全可以安排在夜間或者周末進行。產品設計和制模可以同步進行，進一步縮短了產品開發周期。
二、行業應用案例
消費品行業細分行業眾多，我們以幾個主要的行業作為案例重點分析。
1、消費電子行業應用
羅技（Logitech）是一家全球知名的外設廠商。公司早期設計的一款藍牙耳機在受力過大時，麥克風連接桿會旋轉過度導致電子部件損壞。由于連接桿和阻力點尺寸較
小，傳統的技術無法制作出耐用的功能測試原型，只能根據計算機軟件推算連接桿的受力能力。
傳統方式下，每制作一個原型都需要重新開模，造價十分昂貴。而 3D打印機只需一臺就可以同時打印多個不同的模型，大大縮短了模型制作的時，設計師可以在最
短的時間內做出最優化的設計。在藍牙耳機的案例中，設計師通過反復測試直到連接桿受力強度達到最高值——比原先設計提高了 273%。設計師無需再考慮原型能否制
作，也無需擔心以往制作成本高昂的原型在測試過程中損壞。
2、玩具行業應用
萬代（Bandai）公司是全球知名的玩具制造商。自上世紀 90年代以來，萬代一直使用數控銑床等傳統方法制作原型，資本投入和人力成本居高不下。以制作同一卡通人物玩具為例，傳統方法光是制作玩具的一個部件就需要花費幾天時間。而采用 3D打印技術一周內就能制作三件完整的玩具模型。傳統方法制作機器人玩具的手臂和軀干在組裝時會因關節不牢產生脫落，而 3D打印可以同時打印出身體和手臂，打印過程同時也是安裝過程，徹底避免了脫落問題。
3、家電行業應用
作為一家大型家電企業，格力電器對樣件的需求持續增長。傳統加工模式下，公司將部分樣件任務外包給外協加工廠，不僅溝通過程繁瑣，還需要保密。最終
樣件效果也不盡如人意，經常會因為欠缺精度、細節度或強度影響評測效果。采用 3D打印技術后，格力可以在公司內部打印樣件。模型的材料與最終產品的材料
在特性上幾乎完全一致，材料的硬度和耐腐蝕等關鍵指標足以滿足多次功能測試而不會斷裂或滲漏。公司可在模具投放前，先用模型樣件進行驗證，判斷其設計是
否符合預期效果。
4、體育用品行業應用
作為一家運動時尚公司，彪馬（ Puma）迫切需要縮短設計周期和解決團隊間的溝通障礙。位于不同國家和地區的設計團隊需要共同探討產品設計，缺少一
致的模型會讓遠程溝通效率低下。傳統的生產和物流耗時耗力，不可避免的拉長了產品設計周期。而通過在各地區辦公室裝備 3D打印機，每個團隊可以隨時打印
出完全一致的模型，有效的消除了團隊之間的溝通障礙。
5、日用品行業應用
上海家化一直對產品包裝設計非常重視。公司常常需要從包裝設計著手對產品進行重新定位。借助 3D打印，上海家化大幅縮短了的包裝開發周期。以容器類
包裝為例，開發周期較之前縮短了 75%-85%。設計團隊實現更具創造力的設計構想，例如不規則外型的沐浴產品包裝。公司設計團隊通過 3D打印申請了多項實
用新型專利，以此來鞏固公司在行業內的領先地位。
三、未來展望
消費品行業是大規模采購、生產和銷售的行業，目前 3D打印的效率遠不及傳統制造方式。不同于航空航天（產品批量小）、醫療（高度定制化）行業，3D打
印在消費品行業主要用于原型制造和概念驗證，而不是用于生產制造。長期來看，3D打印會是傳統制造不可或缺的補充，而不是替代。傳統的大規模生產仍將在很
長的一段時間占據主導地位，而 3D打印對消費品行業的影響也會逐漸加大，這些影響主要來自消費品行業價值鏈的重塑和技術發展。
1、3D打印重塑行業的價值鏈
在消費品行業，產品越復雜，意味著供應鏈越長，物流和倉儲成本也越高。隨著 3D打印技術的發展，數字化庫存、當地即時生產以及分散式的制造模式開始
逐漸興起，供應鏈將大簡化。
首先，3D打印可以減少零件生產和組裝，從而縮短供應鏈。這種趨勢在航天領域已經體現出來。
其次，未來實體產品都可以轉化為數據，產品的銷售模式由賣實物轉為賣數據。產品先通過互聯網銷售再生產，滯銷的風險被降到最低。當技術和材料發展到
一定程度時，產品的生產端將無限接近客戶需求端，傳統的物流和庫存管理將不復存在。以手機保護殼為例，公司無需生產實物，只需在網上展示不同的設計款
式，客戶下單購買直接收取設計數據，就近選擇服務商打印，或者自行打印。這一過程徹底省略了原材料采購、生產、倉儲、物流和銷售流程。3D打印縮短了產品
開發周期，加快了產品更新換代的頻率。以手機行業為例，以往新品發布間隔在一年左右，未來新品發布間隔可能縮短到半年甚至季度。由此帶動消費者購買產品
的頻率增加，提高客戶粘性。再者， 3D打印削減產品開發成本，降低了特定行業的門檻，進而改變行業的競爭格局。規模小、資金實力弱不再是制約公司成長的
因素，設計能力強的公司有望迅速得到消費者的認可，而一味追隨和模仿的公司越來越難以被市場接受。現階段 3D打印正在對行業產生深遠的影響。
2、從大規模生產到大規模定制
大規模生產時代，定制化產品由于成本高昂注定只屬于小眾群體。絕大多數的消費者需要適應商品，或者花費時間和精力去尋找適合自己的產品。歸根結底，大規模生產是以滿足大多數人的需求為目的。定制化之所以高端、昂貴主要還是成本問題，過高的成本阻礙了需求，迫使消費者退而求其次選擇大規模生產的商品。如果定制化能夠和大規模生產同樣的成本，相信大多數人會選擇定制，畢竟每個消費者都是不同的。3D打印已經在一定程度上解決了產品定制化的問題。美國的 3D打印愛好者已經實現了大量的個性化需求。隨著技術的發展，個性化需求將持續釋放。人類社會將迎來大規模定制時代。盡管目前還很難預測這一過程需要多久，但這并不妨礙我們設想未來大規模定制時代會是怎樣一種場景。當大規模定制時代來臨，消費者購買的對象由實物轉變為數據。消費者對品牌的重視程度減弱，能否個性化定制成為消費者的首要考慮，其次是產品的設計和材料。數據的傳遞替代了傳統供應鏈各環節之間的實物傳遞。生產場所從傳統工廠轉移到極度分散的消費者身邊。每個人都從單純的消費者轉變成具有設計和生產能力的消費者。各種新型原材料取代了最終產品，成為全球貿易和物流的主要貨物。伴隨著這種趨勢愈演愈烈，幾家大廠商主導某個市場的情況不再常見,消費品行業集中度變得極低。上述任何一個設想都足以讓行業徹底改變。雖然從目前來看，這些都還只是設想。但 3D打印出現至今僅僅 30年，高速發展時期才剛剛開始。回顧計算機的發展歷程，我們相信 3D打印也將沿著類似的軌跡發展.
四、風險提示
1、3D 打印技術發展不達預期；2、出現更先進的生產技術。
免責聲明
丁思德，張迪，在此聲明，本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師，以勤勉的職業態度，獨立、客觀地出具本報告。本報告清晰準確地反映了本人的研究觀點。本人不曾因，不因，也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償等。華融證券股份有限公司（已具備中國證監會批復的證券投資咨詢業務資格）已在知曉范圍內按照相關法律規定履行披露義務。華融證券股份有限公司（以下簡稱本公司）的資產管理和證券自營部門以及其他投資業務部門可能獨立做出與本報告中的意見和建議不一致的投資決策。本報告僅提供給本公司客戶有償使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本公司會授權相關媒體刊登研究報告，但相關媒體客戶并不視為本公司客戶。本報告版權歸本公司所有。未獲得本公司書面授權，任何人不得對本報告進行任何形式的發布、復制、傳播，不得以任何形式侵害該報告版權及所有相關權利。本報告中的信息、建議等均僅供本公司客戶參考之用，不構成所述證券買賣的出價或征價。本報告并未考慮到客戶的具體投資目的、財務狀況以及特定需求，在任何時候均不構成對任何人的個人推薦。客戶應當對本報告中的信息和意見進行獨立評估，并應同時考量各自的投資目的、財務狀況和特定需求，必要時可就研究報告相關問題咨詢本公司的投資顧問。本公司市場研究部及其分析師認為本報告所載資料來源可靠，但本公司對這些信息的準確性和完整性均不作任何保證，也不承擔任何投資者因使用本報告而產生的任何責任。本公司及其關聯方可能會持有報告中提到的公司所發行的證券并進行交易，還可能為這些公司提供投資銀行服務或其他服務，敬請投資者注意可能存在的利益沖突及由此造成的對本報告客觀性的影響。
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