融开投研｜3D打印行业解析及趋势预测

由于3D打印行业所使用的高分子材料、金属材料大多依赖进口，受制于人，导致价格居高不下，严重阻碍了我国3D打印的市场应用和推广，未来3D打印材料市场将会长期维持高速增长。

融开投资研究部

文｜行业研究张梁

3D打印技术最早可以追溯到1976年喷墨打印机的发明。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。目前已覆盖了制造、医疗、教育、航空航天、军事等多个领域。根据全球知名的研究和咨询公司Gartner发布的2017年3D打印行业的预测报告，预计到2020年，10%的工业运营商将机器人、3D打印技术整合到他们的制造业流程中；在医疗领域，30%的内部医疗植入物和设备将是3D打印的；此外，产品生产时间将因3D打印而减少25%，而且全球75%的制造业务将整合3D打印工具、夹具用于生产成品。

Gartner的最终战略规划假设预测，在未来几年，全球75%的制造业务将使用3D打印工具、夹具和固定装置，通过3D打印服务进行产品制造。基本上，这意味着公司不必放弃现有的制造方法，而是将传统的做法和3D打印结合起来，使用添加剂制造来补充和支持他们现有的技术。增材制造和CAD软件还允许所述工具在运行中重新设计和优化，有助于减少注塑过程的时间和成本，是驱动制造业升级的重要推动力。可见。3D打印行业将很有可能成为未来科技领域投资的一个风口。下面我们就主要按照3D打印行业产业链的各个部分对其进行介绍。

行业概况

1.定义：

3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

2.产业链：

3D打印产业链上游为3D建模工具和打印耗材:产业链中游为3D打印设备、3D配套技术设计和3D 打印辅助设备；产业链下游为3D打印的应用领域和3D打印服务平台。

产业链上游：3D 建模工具和打印耗材

（1）3D 建模工具包括3D建模软件、3D建模扫描仪和3D模型数据平台。

3D 建模软件：

三维工业设计软件：这部分包括两大类，分别是CAD 和CAID。CAD 即计算机辅助设计（ Computer-aided Design) 、CAID 即计算机工业辅助设计（ Computer-aided IndustrialDesign)。三维建筑设计软件：AutoCAD Civil 3D、SketchUp、PKPM.这几个软件均适合于建筑类3D建模。

3D 建模扫描仪：

3D 扫描仪可以分为两类：接触式和非接触式。接触式扫描仪，顾名思义，需要与被扫描物体直接接触。相反，非接触式扫描仪则不需要直接接触，它依靠激光或辐射（如X光或超声波）来搜集被扫描物体的信息。

非接触式扫描又分为两种：一类是被动方式，就是不需要特定的光源，完全依靠物体所处的自然光条件进行扫描，常采用双目技术，但是精度低，只能扫描出有几何特征的物体，不能满足很多领域的要求。另一类是主动方式，就是像物体投射特定的光，其中代表技术激光线式的扫描，精度比较高，但是由于每次只能投射一条光线，所以扫描速度慢。另外，由于激光会对生物体以及比较珍贵的物体造成伤害，所以不能应用于某些特定领域。

目前国内外市场中常见的3D 建模扫描仪有：扫描镜头（Structure Serise 3d 扫描镜头、3D Systems iSense 3d 扫描镜头）、桌面3D 扫描仪（Matterform 3D 扫描仪、MakerBot Digitizer 3D 扫描仪）、手持式3D 扫描仪（3DSystems 手持式3D 扫描仪、Artec Eva 手持式3D 扫描仪）。

3D 模型数据平台：

3D 模型数据平台，顾名思义，就是通过用户上传，3D 扫描，购买国外的优秀的素材等方式，收集了大量的3D 模型数据。让用户可以在平台上下载自己需要的3D 模型数据。随着3D 打印机打印能力的提升，不断突破传统工艺的限制，能够打印的东西越来越多，也越来越复杂。这样就对3D 模型提出了更高的需求。因此，3D 打印在产业链上游市场的门槛

就是3D 数据的可靠性和真实性，3D 模型数据平台显得格外重要。

目前，网络数据平台已经有一些3D 模型可以直接下载使用，例如：shrpeways 社区、BodyKit API、Bespoke Modeling。

未来随着3D打印产品复杂性的增加，上游领域的难度会急剧增长，其行业门槛也会明显提高。目前3D打印机还不能完成比较复杂的内部结构。比如用于医疗教学的人手掌模型，3D打印产品只能够构建出手掌的外形和手腕截面的形态，并不能完成器官内部血管和神经的结构，所以应用效果有限。未来的3D打印的产品需要拥有复杂的内部结构，如果只依靠建模软件+人工进行建模，其难度和工作量已经超过了人类的生理极限。所以未来3D打印建模的模式必然是扫描仪+建模软件的模式。扫描仪的扫描精度会逐渐趋向于分子级扫描，而由于CAID建模软件的建模能力更加灵活，会是未来主要的发展方向。

3D打印模型的建立需要一定的设备要求和较长的时间周期，3D模型数据平台可以帮助从业者快速获得数据模型进行生产，节省前期设计成本，日益受到市场关注。但是未来随着3D扫描技术和建模技术的成熟，数据模型建立的成本会大幅下降。另外，3D打印应用的重点领域之一---云制造要求产品具有很强的个性化特点，使得其数据模型很难从共享平台找到，所以未来模型平台的市场地位会逐步下降。

（2）打印耗材

已经研究出可以使用在3D 打印机上的材料约有14 种，其中，聚乳酸PLA、ABS 塑料、PA Nylon（尼龙）、聚酯 PET、3 聚苯乙烯HIPS 是常见的3D 打印耗材。

未来3D打印产品的种类会日益丰富，包括生物打印、食品打印和医药打印等新兴领域，新型打印材料的研发将会是行业发展的关键驱动力之一。目前多数3D打印材料并不是通用的，是由3D打印设备制造商提供专用的打印材料，原因是由于目前3D打印设备利润有限，制造商需要通过销售耗材来增加利润。但是这种“孤岛式”的模式使得公司只能通过自己有限的资源进行研发，导致材料领域进展缓慢。未来随着3D打印行业的发展，打印设备销售的利润上升，为了扩大销售期也会逐步放弃专用耗材，同时也会合作研发新型打印材料来节省成本，甚至将耗材业务剥离，由专门的公司进行研发和销售。

产业链中游：3D 打印设备、3D 配套技术设计和3D 打印辅助设备

（1）3D打印技术解析

目前主流的3D打印技术如下：

（2）3D 打印设备

我国的3D 打印产业可以说正处于起步阶段，而3D 打印设备是牵动3D 打印行业发展的关键之一。3D 打印设备分为桌面级打印机和工业级打印机，其中，桌面级打印机猛增，不过壁垒下降。

代码开源及新进企业增多，加大当前中国桌面级3D 打印市场的竞争程度；其中，硬件核心部件和软件算法成为桌面级3D 打印的行业壁垒；专业知识薄弱、服务公司的出现以及使用成本较高决定短期内中国桌面级3D 打印市场难以出现高增速，但预计未来几年该市场仍将保持平稳增长。

工业级打印机加速增长，金属打印机越来越紧俏。相比于个人级3D 打印短期的发展缓慢，中国工业级3D 打印受到国家利好政策的刺激作用尤为明显，整个市场有望在供需两端均实现发展突破，随着工业级应用领域的不断拓展，预计未来中国工业3D 打印将迎来蓬勃发展期。

3D打印设备中硬件的难点主要集中在两个方面。第一，由于3D打印产品可能用到多种材料，这些材料的物理及化学特性不尽相同，需要将打印头进行相应的调整甚至重新设计并保证它们在工作的时候进行有效的配合。这对产品的质量至关重要，同时也对机器的控制系统和工程设计提出相当高的要求。另外，随着3D打印产品的复杂性提升，3D打印机需要进行更加灵活、活动范围更大的工作台来保证产品的精度，同时控制打印头的机械臂也需要更加精准的控制，这涉及一系列的高精度传感器和机械控制系统，研发难度较大。

（3）3D 打印辅助设备

3D 打印近年来成为热门，与此同时激光器在越来越多的3D 打印及其他增材工艺中被采用。

产业链下游：3D 打印的应用领域和3D打印服务平台

（1）3D 打印的应用领域

3D 打印未来应用的领域非常广泛，应用于教育、医疗、军事、时尚首饰应用、制造业等很多领域，因此，3D 打印产业可以说是一个充满活力、欣欣向荣的行业。

目前虽然3D打印产品具有柔性生产、精细度高、节省材料等优点。但是同时也有造价高、不能批量化生产和技术难度高等缺点使得该技术无法大规模地应用。我们预计未来一段时间，3D打印技术会作为传统制造业的补充形式进行应用，首先在产品设计领域进行推广。由于现代制造业主要采取大规模流水线生产模式，意味着新产品生产前必须耗费时间对生产线进行布局调整和母机更换等相应的改造，并且需要达到一定的产量才能使得产品成本降低到合理范围之内。这就导致产品在研发试制阶段无法在生产线上制造样品进行改良，目前主流的做法是在计算机上合成产品的三维模型或者用石膏等材料制作实物模型进行模拟实验和观测。但是此类模型的精细程度、材质以及性能都与实际产品存在一定差距，使得产品设计不够理想。在后续的生产环节中可能会出现不合格率高、应用效果不及预期等现象，甚至还会引发生产事故。3D打印技术恰好可以填补这个缺陷，用3D打印机制可以在短时间内制造出真实样品，相比生产线生产样品的成本大大降低，同时也可以节省大量的时间。设计人员可以对产品进行更加直观的观察并进行实物性能测试，进行相应的调整，保证未来的大规模向生产更加顺利。

长期来看，3D打印在智能制造领域拥有广阔的应用空间。首先，智能制造的生产线具有柔性生产能力，而3D打印则是柔性生产的最好选择之一，通过标准化格式的产品设计图纸以及成熟的打印设备可以快速、精准并且不浪费材料的打印出相应产品，产品的复杂程度也大大超越了现有生产线能达到的水平。另外，对于大型或复杂的定制化、个性化装备，由于其零件需求量不大，传统工业生产线无法制造。可以将整机分解成标准化的部件，通过工业物联网将零件生产任务发放给拥有剩余产能的3D打印制造单元进行定制化制造，相比生产线制造其成本也大大降低。这样便可以由“云制造”模式补充生产线的劣势，同时有效扩大整体产能。

（2）3D 打印服务平台

随着3D 打印产业地不断崛起，3D 打印服务业开始遍地开花，一批批原件或最终部件不需要购买一个3D 打印机制作。目前，国内外知名的3D 打印服务平台有3D Hubs、3D Systems、C.Ideas、Fast Radius、Fictiv、Proto Labs、Stratasys 直接制造、Studio Fathom。

总结

据前瞻产业研究院发布的《中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》最新统计数据显示，2012年中国3D打印市场规模为1.6亿美元，到了2016年中国3D打印市场规模高达12.2亿美元，四年间增长了10倍有多。到2017年后，中国3D打印市场规模达到约16.6亿美元，预计2018年市场规模将超20亿美元，达到20.4亿美元。放眼全球市场，3D打印将推进全球12万亿美元传统制造业市场发展。鉴于产业政策与财政政策的支持，初步预计，到2022年我国3D打印市场规模将有望达到61.9亿美元左右。

从需求结构看，目前应用在3D打印领域的材料已达300多种，但是与传统制造业比较，还远远不够。部分尼龙材料、陶瓷材料、光敏树脂材料和钛合金等冶金粉末材料，对进口依赖度高，影响了我国3D打印产业的健康发展。由于3D打印行业所使用的高分子材料、金属材料大多依赖进口，受制于人，导致价格居高不下，严重阻碍了我国3D打印的市场应用和推广，未来3D打印材料市场将会长期维持高速增长。同时上游的3D设计软件由于大数据产业的兴起也会得到长足发展，下游产业的3D打印云服务平台未来也会发展成一个综合性的技术生态系统，为顾客提供3D建模和设计、3D 交易市场、3D 模型优化、价格报价、材料选择、技术咨询等一系列服务。