融開投研｜3D打印行業解析及趨勢預測

由於3D打印行業所使用的高分子材料、金屬材料大多依賴進口，受制於人，導致價格居高不下，嚴重阻礙了我國3D打印的市場應用和推廣，未來3D打印材料市場將會長期維持高速增長。

融開投資研究部

文｜行業研究張梁

3D打印技術最早可以追溯到1976年噴墨打印機的發明。20世紀80年代以後，3D打印行業受到國內外的廣泛關注，各種3D打印技術也在多個行業應用並發展。目前已覆蓋了製造、醫療、教育、航空航天、軍事等多個領域。根據全球知名的研究和諮詢公司Gartner發佈的2017年3D打印行業的預測報告，預計到2020年，10%的工業運營商將機器人、3D打印技術整合到他們的製造業流程中；在醫療領域，30%的內部醫療植入物和設備將是3D打印的；此外，產品生產時間將因3D打印而減少25%，而且全球75%的製造業務將整合3D打印工具、夾具用於生產成品。

Gartner的最終戰略規劃假設預測，在未來幾年，全球75%的製造業務將使用3D打印工具、夾具和固定裝置，通過3D打印服務進行產品製造。基本上，這意味着公司不必放棄現有的製造方法，而是將傳統的做法和3D打印結合起來，使用添加劑製造來補充和支持他們現有的技術。增材製造和CAD軟件還允許所述工具在運行中重新設計和優化，有助於減少注塑過程的時間和成本，是驅動製造業升級的重要推動力。可見。3D打印行業將很有可能成爲未來科技領域投資的一個風口。下面我們就主要按照3D打印行業產業鏈的各個部分對其進行介紹。

行業概況

1.定義：

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件爲基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

3D打印通常是採用數字技術材料打印機來實現的。常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型，後逐漸用於一些產品的直接製造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

2.產業鏈：

3D打印產業鏈上游爲3D建模工具和打印耗材:產業鏈中游爲3D打印設備、3D配套技術設計和3D 打印輔助設備；產業鏈下游爲3D打印的應用領域和3D打印服務平臺。

產業鏈上游：3D 建模工具和打印耗材

（1）3D 建模工具包括3D建模軟件、3D建模掃描儀和3D模型數據平臺。

3D 建模軟件：

三維工業設計軟件：這部分包括兩大類，分別是CAD 和CAID。CAD 即計算機輔助設計（ Computer-aided Design) 、CAID 即計算機工業輔助設計（ Computer-aided IndustrialDesign)。三維建築設計軟件：AutoCAD Civil 3D、SketchUp、PKPM.這幾個軟件均適合於建築類3D建模。

3D 建模掃描儀：

3D 掃描儀可以分爲兩類：接觸式和非接觸式。接觸式掃描儀，顧名思義，需要與被掃描物體直接接觸。相反，非接觸式掃描儀則不需要直接接觸，它依靠激光或輻射（如X光或超聲波）來蒐集被掃描物體的信息。

非接觸式掃描又分爲兩種：一類是被動方式，就是不需要特定的光源，完全依靠物體所處的自然光條件進行掃描，常採用雙目技術，但是精度低，只能掃描出有幾何特徵的物體，不能滿足很多領域的要求。另一類是主動方式，就是像物體投射特定的光，其中代表技術激光線式的掃描，精度比較高，但是由於每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。另外，由於激光會對生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應用於某些特定領域。

目前國內外市場中常見的3D 建模掃描儀有：掃描鏡頭（Structure Serise 3d 掃描鏡頭、3D Systems iSense 3d 掃描鏡頭）、桌面3D 掃描儀（Matterform 3D 掃描儀、MakerBot Digitizer 3D 掃描儀）、手持式3D 掃描儀（3DSystems 手持式3D 掃描儀、Artec Eva 手持式3D 掃描儀）。

3D 模型數據平臺：

3D 模型數據平臺，顧名思義，就是通過用戶上傳，3D 掃描，購買國外的優秀的素材等方式，收集了大量的3D 模型數據。讓用戶可以在平臺上下載自己需要的3D 模型數據。隨着3D 打印機打印能力的提升，不斷突破傳統工藝的限制，能夠打印的東西越來越多，也越來越複雜。這樣就對3D 模型提出了更高的需求。因此，3D 打印在產業鏈上游市場的門檻

就是3D 數據的可靠性和真實性，3D 模型數據平臺顯得格外重要。

目前，網絡數據平臺已經有一些3D 模型可以直接下載使用，例如：shrpeways 社區、BodyKit API、Bespoke Modeling。

未來隨着3D打印產品複雜性的增加，上游領域的難度會急劇增長，其行業門檻也會明顯提高。目前3D打印機還不能完成比較複雜的內部結構。比如用於醫療教學的人手掌模型，3D打印產品只能夠構建出手掌的外形和手腕截面的形態，並不能完成器官內部血管和神經的結構，所以應用效果有限。未來的3D打印的產品需要擁有複雜的內部結構，如果只依靠建模軟件+人工進行建模，其難度和工作量已經超過了人類的生理極限。所以未來3D打印建模的模式必然是掃描儀+建模軟件的模式。掃描儀的掃描精度會逐漸趨向於分子級掃描，而由於CAID建模軟件的建模能力更加靈活，會是未來主要的發展方向。

3D打印模型的建立需要一定的設備要求和較長的時間週期，3D模型數據平臺可以幫助從業者快速獲得數據模型進行生產，節省前期設計成本，日益受到市場關注。但是未來隨着3D掃描技術和建模技術的成熟，數據模型建立的成本會大幅下降。另外，3D打印應用的重點領域之一---雲製造要求產品具有很強的個性化特點，使得其數據模型很難從共享平臺找到，所以未來模型平臺的市場地位會逐步下降。

（2）打印耗材

已經研究出可以使用在3D 打印機上的材料約有14 種，其中，聚乳酸PLA、ABS 塑料、PA Nylon（尼龍）、聚酯 PET、3 聚苯乙烯HIPS 是常見的3D 打印耗材。

未來3D打印產品的種類會日益豐富，包括生物打印、食品打印和醫藥打印等新興領域，新型打印材料的研發將會是行業發展的關鍵驅動力之一。目前多數3D打印材料並不是通用的，是由3D打印設備製造商提供專用的打印材料，原因是由於目前3D打印設備利潤有限，製造商需要通過銷售耗材來增加利潤。但是這種“孤島式”的模式使得公司只能通過自己有限的資源進行研發，導致材料領域進展緩慢。未來隨着3D打印行業的發展，打印設備銷售的利潤上升，爲了擴大銷售期也會逐步放棄專用耗材，同時也會合作研發新型打印材料來節省成本，甚至將耗材業務剝離，由專門的公司進行研發和銷售。

產業鏈中游：3D 打印設備、3D 配套技術設計和3D 打印輔助設備

（1）3D打印技術解析

目前主流的3D打印技術如下：

（2）3D 打印設備

我國的3D 打印產業可以說正處於起步階段，而3D 打印設備是牽動3D 打印行業發展的關鍵之一。3D 打印設備分爲桌面級打印機和工業級打印機，其中，桌面級打印機猛增，不過壁壘下降。

代碼開源及新進企業增多，加大當前中國桌面級3D 打印市場的競爭程度；其中，硬件核心部件和軟件算法成爲桌面級3D 打印的行業壁壘；專業知識薄弱、服務公司的出現以及使用成本較高決定短期內中國桌面級3D 打印市場難以出現高增速，但預計未來幾年該市場仍將保持平穩增長。

工業級打印機加速增長，金屬打印機越來越緊俏。相比於個人級3D 打印短期的發展緩慢，中國工業級3D 打印受到國家利好政策的刺激作用尤爲明顯，整個市場有望在供需兩端均實現發展突破，隨着工業級應用領域的不斷拓展，預計未來中國工業3D 打印將迎來蓬勃發展期。

3D打印設備中硬件的難點主要集中在兩個方面。第一，由於3D打印產品可能用到多種材料，這些材料的物理及化學特性不盡相同，需要將打印頭進行相應的調整甚至重新設計並保證它們在工作的時候進行有效的配合。這對產品的質量至關重要，同時也對機器的控制系統和工程設計提出相當高的要求。另外，隨着3D打印產品的複雜性提升，3D打印機需要進行更加靈活、活動範圍更大的工作臺來保證產品的精度，同時控制打印頭的機械臂也需要更加精準的控制，這涉及一系列的高精度傳感器和機械控制系統，研發難度較大。

（3）3D 打印輔助設備

3D 打印近年來成爲熱門，與此同時激光器在越來越多的3D 打印及其他增材工藝中被採用。

產業鏈下游：3D 打印的應用領域和3D打印服務平臺

（1）3D 打印的應用領域

3D 打印未來應用的領域非常廣泛，應用於教育、醫療、軍事、時尚首飾應用、製造業等很多領域，因此，3D 打印產業可以說是一個充滿活力、欣欣向榮的行業。

目前雖然3D打印產品具有柔性生產、精細度高、節省材料等優點。但是同時也有造價高、不能批量化生產和技術難度高等缺點使得該技術無法大規模地應用。我們預計未來一段時間，3D打印技術會作爲傳統制造業的補充形式進行應用，首先在產品設計領域進行推廣。由於現代製造業主要採取大規模流水線生產模式，意味着新產品生產前必須耗費時間對生產線進行佈局調整和母機更換等相應的改造，並且需要達到一定的產量才能使得產品成本降低到合理範圍之內。這就導致產品在研發試製階段無法在生產線上製造樣品進行改良，目前主流的做法是在計算機上合成產品的三維模型或者用石膏等材料製作實物模型進行模擬實驗和觀測。但是此類模型的精細程度、材質以及性能都與實際產品存在一定差距，使得產品設計不夠理想。在後續的生產環節中可能會出現不合格率高、應用效果不及預期等現象，甚至還會引發生產事故。3D打印技術恰好可以填補這個缺陷，用3D打印機制可以在短時間內製造出真實樣品，相比生產線生產樣品的成本大大降低，同時也可以節省大量的時間。設計人員可以對產品進行更加直觀的觀察並進行實物性能測試，進行相應的調整，保證未來的大規模向生產更加順利。

長期來看，3D打印在智能製造領域擁有廣闊的應用空間。首先，智能製造的生產線具有柔性生產能力，而3D打印則是柔性生產的最好選擇之一，通過標準化格式的產品設計圖紙以及成熟的打印設備可以快速、精準並且不浪費材料的打印出相應產品，產品的複雜程度也大大超越了現有生產線能達到的水平。另外，對於大型或複雜的定製化、個性化裝備，由於其零件需求量不大，傳統工業生產線無法制造。可以將整機分解成標準化的部件，通過工業物聯網將零件生產任務發放給擁有剩餘產能的3D打印製造單元進行定製化製造，相比生產線製造其成本也大大降低。這樣便可以由“雲製造”模式補充生產線的劣勢，同時有效擴大整體產能。

（2）3D 打印服務平臺

隨着3D 打印產業地不斷崛起，3D 打印服務業開始遍地開花，一批批原件或最終部件不需要購買一個3D 打印機制作。目前，國內外知名的3D 打印服務平臺有3D Hubs、3D Systems、C.Ideas、Fast Radius、Fictiv、Proto Labs、Stratasys 直接製造、Studio Fathom。

總結

據前瞻產業研究院發佈的《中國3D打印產業市場需求與投資潛力分析報告》最新統計數據顯示，2012年中國3D打印市場規模爲1.6億美元，到了2016年中國3D打印市場規模高達12.2億美元，四年間增長了10倍有多。到2017年後，中國3D打印市場規模達到約16.6億美元，預計2018年市場規模將超20億美元，達到20.4億美元。放眼全球市場，3D打印將推進全球12萬億美元傳統制造業市場發展。鑑於產業政策與財政政策的支持，初步預計，到2022年我國3D打印市場規模將有望達到61.9億美元左右。

從需求結構看，目前應用在3D打印領域的材料已達300多種，但是與傳統制造業比較，還遠遠不夠。部分尼龍材料、陶瓷材料、光敏樹脂材料和鈦合金等冶金粉末材料，對進口依賴度高，影響了我國3D打印產業的健康發展。由於3D打印行業所使用的高分子材料、金屬材料大多依賴進口，受制於人，導致價格居高不下，嚴重阻礙了我國3D打印的市場應用和推廣，未來3D打印材料市場將會長期維持高速增長。同時上游的3D設計軟件由於大數據產業的興起也會得到長足發展，下游產業的3D打印雲服務平臺未來也會發展成一個綜合性的技術生態系統，爲顧客提供3D建模和設計、3D 交易市場、3D 模型優化、價格報價、材料選擇、技術諮詢等一系列服務。