根据美国材料与试验协会(ASTM)的定义：3D打印(3D Printing)是借助三维数字模型设计，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、电子束等方法将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。

 

　　在概念上，它同义于工业专业术语中的“增材制造”(Additive Manufacturing)。

 

　　3D 打印流程一般包括数据获取、数据处理，打印和后处理四个步骤。前两个步骤主要涉及软件和光学成像技术，第三个步骤涉及材料、机械和电子。前三个步骤相辅相成，任何一个环节存在问题都会影响打印的最终结果。后处理步骤更多是采用传统加工方式改善打印物品的外观和特性。

 

　　图表：3D打印基本流程图

 

 

　　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。在此后的几十年里，各种3D打印技术在多个行业应用并行发展。如今,其已覆盖了制造、医疗、学术、航空航天、军事等多个领域。

 

　　第二章 3D打印产业链分析

 

　　第一节 3D打印产业链概述

 

　　打造3D打印产业链，可以进一步推动传统产业的优化升级。3D打印的产业链中应当覆盖研发设计、设备制造、材料开发、产业应用、公共服务等环节。3D打印产业与相关产业的关联点，重点体现在新材料开发和带动传统产业转型升级。基础材料为3D打印原材料提供支持，模型软件则服务于打印设备的研发与生产。方案提供商将3D打印应用于不同的领域，包括航天航空、医疗健康、汽车制造、设计、教育和食品加工等不同领域。

 

　　图表：3D打印行业产业链．

 

 

　　整个3D打印行业产业链大概可分为三个部分，上游基础配件行业，3D打印设备生产企业、3D打印材料生产企业和支持配套企业，下游主要是3D打印的各大应用领域。通常意义上的3D打印行业则主要是指3D打印设备、材料及服务企业。

 

　　3D 打印经过近 40 年的发展，已经形成了一条完整的产业链。产业链的每个环节都聚集了一批领先企业。全球范围来看，以Stratasys、3D Systems为代表的设备企业在产业链中占据了主导作用，且这些设备企业通常能够提供材料和打印服务业务，如具有较强的话语权。

 

　　根据统计，目前中国拥有工业级3D打印设备生产企业 50 家，消费级3D打印设备企业 100 家，3D打印材料企业50家，3D打印服务企业 120家。(部分重复)

 

　　图表：3D打印行业产业链典型企业

 

 

　　第二节 3D打印材料发展状况

 

　　材料技术是3D打印技术的核心，直接制约了3D打印的发展进程。从1982年SL立体光刻技术的出现到当今的3DP成型。都是由于某一种新材料的出现而引起的，如：SL材料为液态光敏树脂，LOM为薄片材料，SLS为可烧结粉末材料，FDM为热熔丝线等。由于材料在物理形态，化学性能等方面的千差万别，才形成了今天3D打印材料的多品种和3D打印的不同成型方法。3D打印技术在这几十年的发展中，新材料是3D打印技术的重要推动力。因而，全世界尤其是发达国家从事3D打印技术的公司和大学都在积极地研发用途更为广泛，成型更为简便新材料。

 

　　材料在一定程度上绑架了3D打印行业，目前全球可使用的3D打印材料寥寥可数，我国相关材料更是严重依赖进口。如果材料问题得不到大的突破，则3D打印技术的发展会受到很大影响。材料是3D打印未来成功的关键，特别是在工业生产应用方面。比起传统的制造业，用于三维打印的材料选择是有限的。

 

　　技术及材料的搭配上来看，目前SLA技术主要采用液态光敏树脂，FDM技术主要使用丝状热熔性塑料，LOM使用薄膜材料，SLS使用金属粉末，而3DP可使用金属粉末或塑料粉末等。现阶段3D打印材料的发展已经日新月异，随着技术和研发的推进，目前有300多种材料可用于3D打印制造。

 

　　材料开发难度大成本高，现在仍为构建3D打印生态圈的掣肘。3D打印材料主要分为高分子材料、金属材料、无机非金属材料及生物材料等。其中，高分子材料为目前3D打印使用的主要材料;金属材料应用前景最大，但是开发技术壁垒高、广泛应用的前提是成本下降;无机非金属材料应用开发相对较慢，仍处于研发阶段;生物材料则处于起步阶段。

 

　　北美和亚太地区3D打印材料销售收入占全球的68%，其中北美地区市场收入最高，其次是亚太地区。预计未来随着3D打印在亚太地区的推广，亚洲有望成为3D打印材料需求增长最快的地区。由于目前90%的3D打印机用户都使用的是桌面级产品，因此像ABS、PLA这两种塑料材质的耗材用量占比超过50%，目前高分子材料生产商也主要集中于ABS和PLA以及尼龙材料。塑料3D打印材料有着很高的需求，特别是ABS和PLA。但是从销售额来看，金属材料由于其产品价格高，占据了全球3D打印材料销售额比重超过80%。

 

　　作为决定3D打印技术发展进程的一项重要因素，3D打印材料的地位不言而喻，随着3D打印技术的一步步普及，对于材料的需求也在飞速上涨。2015年，全球3D打印材料销量预计突破2500吨。

 

　　第三节 3D打印机发展状况

 

　　对于增材制造和3D打印的开发和应用，发达国家远远走在前面。从1988年商业化的增材制造设备销售开始，20余年来全球有几十个国家采购安装这些设备。从各国20余年来总装机量的占比来看，美国以38%的份额遥遥领先，日本、德国和中国占据第二梯队。装机量也基本反映了全球这一先进加工制造技术和应用的状况，与传统的加工制造相似，只是美国这次又走在了前列。中国也正在奋力追赶。

 

　　根据3D Hubs对其平台上注册的3D打印机的统计分析，Stratasys公司以25.5%的市场保有量成为领导者，这很大一部分要归功于对MakerBot公司的收购。紧随其后的是RepRap和Ultimaker，其保有量市场占有率分别为21.9%和18.4%。而3D Systems的设备保有量占10.8%，位居第四。

 

　　2015年全球3D打印行业的年复合增长率低于过去27年的平均数，是过去3年最差的。2015年，全球3D打印机的总出货量达到230228台，同比增加了47.73%，其中桌面/个人3D打印机保持了较快增长了，但是工业级/专业级3D打印机的销售量一定程度上下降。

 

　　图表：2008-2015年全球3D打印设备出货量增长情况

 

 

　　2.3.1 消费级3D打印机

 

　　消费级3D打印机的应用起源于业余爱好者，但随着科技的发展和人们创新意识的增强，现在可以与互联网结合，开创新的商业模式。消费级3D打印机以FDM技术为主，打印材料大多为PLA、ABS等高分子材料，消费领域主要分布在文化创意产业及教育行业。2015年，全球消费级3D打印设备保持了较快增长，但增长幅度有所放缓，年出货量为218616台，同比增长56.62%。

　　2016年对消费级3D打印机而言,可谓喜忧参半,喜的是相对工业级设备，销售数量逐年稳步增长，另一层面，作为消费级的代表，FDM 3D打印技术的低门槛，引来激烈的市场竞争，价格从1000美元降到500美元再次在Kickstarter上降到200美元，低端设备层出不穷。

 

　　图表：2008-2015年全球消费级/桌面级3D打印设备出货量增长情况

 

 

 

　　CONTEXT数据显示，在桌面/个人3D打印机领域，台湾厂商三纬国际(XYZprinting)仍然保持全球领先地位，其市场份额在2015年达到31%。2015年下半年见证了消费级3D打印机的市场领导者位置易手，Stratasys/MakerBot和3D Systems/Cubify这两大公司分别基于不同的原因市场份额大幅缩减，转而被新兴的三纬国际和M3D取而代之。

 

　　图表：2015年全球消费级/桌面级3D打印设备出货量TOP5企业

 

 

　　2.3.2 工业级3D打印机

 

　　工业级3D打印适用于小批量、造型复杂的非功能性零部件生产，与传统制造业形成互补。工业级3D打印主要运用于在工业新产品设计，试制及快速打印成型，创意产品和玩具模型克隆，医疗行业人体器官，医疗器械打印，建筑模型制作及军事等领域。

 

　　2015年以来，工业级3D打印设备出货量出现了明显下滑，年出货量11612台，同比降低9.89%。2016年上半年，产品出货量继续保持了下滑态势，同比降低13.6%。

 

　　图表：2008-2015年全球工业级/专业级3D打印设备出货量增长情况

 

 

 

　　虽然工业级3D打印在近两年的总体销量并不是令人满意，但是2015年以来工业级3D打印行业出现了一个现象，那就是许多桌面级3D打印设备厂商将注意力转向工业级3D打印设备。可以看出，随着消费级3D打印设备长期推广困难，工业级3D打印设备尤其是金属打印设备已经成为了业内普遍关注的焦点。

 

　　作为近年工业级3D打印设备发展亮点，金属3D打印的需求依然旺盛，尽管其设备价格通常在500万美元—200万美元之间，但是其2015年的机器销售仍然比上年增长了35%。由于金属3D打印市场的重要性日益凸显，2015年按销售额计算排名全球前五位的3D打印厂商有3位的业务主要集中在金属增材制造领域。

 

　　图表：2015年全球工业级/专业级3D打印设备出货量TOP5企业

 

 

 

　　目前国内专业工业级机器主要依靠进口，但是因为机器和耗材价格高昂，故一直难以为中小企业能接受。国内目前有多家上市公司号称已研发出金属3D打印机，但是少有核心技术的突破。国内发布的一些许多工业级3D打印机大部分是模仿国外机器，缺乏核心竞争能力。