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3D打印丨研究報告

3D打印區(qū)別于傳統(tǒng)減材制造，它通過對模型數(shù)字化立體掃描、分層處理，借助于類似打印機(jī)的數(shù)字化制造設(shè)備，利用材料不斷疊加形成所需的實(shí)體模型。3D打印在特定應(yīng)用領(lǐng)域大大節(jié)省了生產(chǎn)成本，提高了效率。

與2D打印的B2C相比，3D打印目前集中于B2B模式，同時也在進(jìn)一步擴(kuò)展B2C的定制化多樣性消費(fèi)市場。

3D打印金屬和復(fù)合材料憑借其比傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的機(jī)械特性（剛性、抗沖擊性、輕便性等）和力學(xué)性能成為未來發(fā)展趨勢。材料的制作成本和使用性能仍是目前3D打印上游的痛點(diǎn)。

目前中國3D打印設(shè)備主要以燒結(jié)/粘結(jié)成型（SLS、SLM）和非金屬的熔融擠出成型（FDM）為主。設(shè)備使用性能和應(yīng)用時效性是主要痛點(diǎn)。

技術(shù)和材料的創(chuàng)新突破以及復(fù)合型人才的培養(yǎng)將成為3D打印行業(yè)螺旋式上升發(fā)展的關(guān)鍵因素。

3D打印——傳統(tǒng)技術(shù)的革新

從“減材”到“增材”, 3D打印是對傳統(tǒng)技術(shù)的升級革新

3D打印（3DP）即快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)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(gòu)造物體的技術(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)減材制造, 3D打印通過對模型數(shù)字化立體掃描、分層處理，借助于類似打印機(jī)的數(shù)字化制造設(shè)備，將材料不斷疊加形成所需的實(shí)體模型。3D打印在中小批量生產(chǎn)成本控制、個性化生產(chǎn)、生產(chǎn)可預(yù)測性，和材料利用率等方面與傳統(tǒng)技術(shù)相比都具有明顯優(yōu)勢。

3D打印產(chǎn)業(yè)政策梳理

政策出臺速度快、支持力度大，助力轉(zhuǎn)型“中國智造”

目前政策重點(diǎn)主要集中在3D打印材料、技術(shù)提升與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面。2015年，我國3D打印產(chǎn)業(yè)在“中國智造”引導(dǎo)下迎來高速發(fā)展契機(jī)，《中國制造2025》等一系列政策描繪了增材制造行業(yè)的發(fā)展路徑。2016年國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》標(biāo)志著產(chǎn)業(yè)化的落地。中國3D打印發(fā)展以來，行業(yè)扶持政策發(fā)力迅速。從整體戰(zhàn)略，應(yīng)用領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)再到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，政策指導(dǎo)不斷細(xì)化，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

3D打印商業(yè)模式

2D打印 vs. 3D打印

2D打印機(jī)商業(yè)模式較為單一，打印機(jī)廠商主要依靠耗材盈利。3D打印可能的商業(yè)模式存在于五個層面——制造端（3D打印機(jī)制造）、材料端、模具端、零售端、樣品端（研發(fā)）。與2D打印的B2C相比，3D打印目前集中于B2B模式，同時也在進(jìn)一步擴(kuò)展B2C的定制化多樣性消費(fèi)市場。

3D打印行業(yè)發(fā)展進(jìn)程與拐點(diǎn)

快速由制造流轉(zhuǎn)化為數(shù)字流

3D打印作為高端制造技術(shù)的指引者備受業(yè)界重視，國家出臺相關(guān)政策，客觀科學(xué)地規(guī)劃布局，引領(lǐng)技術(shù)合理發(fā)展，已鋪設(shè)多個科研院所和高校進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。目前3D打印行業(yè)正快速由制造流轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字流，數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長點(diǎn)，以產(chǎn)業(yè)數(shù)字化為代表的數(shù)字技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，是推進(jìn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化，構(gòu)建新發(fā)展格局的關(guān)鍵動能與戰(zhàn)略抉擇。

研發(fā)階段-科學(xué)研發(fā)推動3D打印發(fā)展

核心專利到期激發(fā)市場活力

2009 年之前3D打印專利申請數(shù)量維持在個位數(shù)，2009~2015年許多領(lǐng)先的工業(yè)3D打印專利到期，隨著3D打印核心技術(shù)的釋放，降低了行業(yè)準(zhǔn)入門檻與成本，激發(fā)了市場活力，推動了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2009年熔融層積成型（FDM）專利到期后，促進(jìn)了中國3D打印機(jī)的發(fā)展，專利布局集中在提升可靠性和降低成本；2012年后，隨著各大高校和科研院所積極參與研究、3D打印公司深入布局核心專利，3D打印專利授權(quán)量迎來了爆發(fā)；2014年是專利到期的高峰年，SLS和SLM核心技術(shù)專利陸續(xù)到期，推動了金屬3D打印商業(yè)化。2021年中國3D打印專利授權(quán)主要集中在制造工具和醫(yī)藥科學(xué)領(lǐng)域，而服飾、食品科學(xué)等消費(fèi)級領(lǐng)域數(shù)量較少。

產(chǎn)業(yè)化階段-3D打印不斷向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)

多企業(yè)布局3D打印設(shè)備/材料產(chǎn)業(yè)化

近年來，3D打印熱度不斷提升。2021年，國內(nèi)共有3D打印融資案例34例，國外共有融資案例108例，相比于2019年均有較大增長。中國3D打印頭部企業(yè)快速布局3D打印產(chǎn)業(yè)化，多家企業(yè)擁有較高的3D打印設(shè)備與材料年產(chǎn)能/年銷量。目前國內(nèi)工業(yè)級3D打印設(shè)備與材料主要供給國內(nèi)，而消費(fèi)級3D打印設(shè)備主要銷往國外。根據(jù)3D行業(yè)專家的觀點(diǎn)，這是由于國內(nèi)原材料較為便宜，加工3D打印設(shè)備成本較低，且國內(nèi)消費(fèi)級供應(yīng)鏈較為完善，已經(jīng)可以滿足鞋子、衣服等日用品的需求，3D打印的用途沒有完全凸顯，國外則更需要3D打印簡化供應(yīng)鏈。

3D打印未來發(fā)展形態(tài)

3D打印向離散型生產(chǎn)模式發(fā)展

隨著消費(fèi)升級推動技術(shù)進(jìn)步，未來3D打印市場競爭較為分散。在工業(yè)級滿足高精尖需求，在消費(fèi)級則更為離散，滿足每個消費(fèi)者的需求，甚至可能更多應(yīng)用于客戶更愿意溢價支付的產(chǎn)品。目前公司和個人更偏向于通過3D打印平臺生產(chǎn)訂單，同時也有企業(yè)建立自己的3D打印中心。未來3D打印平臺會進(jìn)一步向3D打印農(nóng)場發(fā)展，通過云端聯(lián)網(wǎng)多機(jī)集群高效率管理，實(shí)行簡單操作指令就可以控制上百臺3D打印機(jī)，大大提高了時間效率，節(jié)約了人力成本，實(shí)現(xiàn)個性化批量生產(chǎn)。

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的上游為原材料、核心硬件和輔助運(yùn)行系統(tǒng)的供應(yīng)商。中游主要為3D打印設(shè)備和相關(guān)服務(wù)制造商。下游主要為3D打印服務(wù)對象，3D打印主要應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域，以工業(yè)級應(yīng)用為主。

中國3D打印行業(yè)競爭格局

3D打印企業(yè)處在發(fā)展上升期，行業(yè)競爭相對不激烈

憑借我國相關(guān)政策驅(qū)動，（例如《發(fā)展行動計(jì)劃》明確增材制造行業(yè)要在2020年增速達(dá)30%，核心技術(shù)與國外水平看齊），以及政策指引下企業(yè)端、研發(fā)端、資本端等齊力發(fā)展，推動3D打印行業(yè)迎熱潮大發(fā)展。據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2021年中國增材制造企業(yè)營收265億元，近四年平均增長率約30%，高出全球平均水平約10%。2021年國內(nèi)現(xiàn)有以增材制造為主營業(yè)務(wù)的上市公司已有22家。實(shí)力較為雄厚的有鉑力特、先臨三維、華曙高科等。我國3D打印區(qū)域特點(diǎn)為：京津冀全國領(lǐng)先，長三角地區(qū)憑借良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢、區(qū)位條件基礎(chǔ)，已初步形成全3D打印產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展形式；而華中部地區(qū)以研發(fā)為主，以陜西、湖北為核心建立產(chǎn)業(yè)培育重地。珠三角地區(qū)則為3D打印應(yīng)用服務(wù)的高地，主要分布在廣州、深圳等地。

3D打印工作流程

3D打印操作流程通常分三步。首先打印前需要依靠計(jì)算機(jī)和特定軟件將所需產(chǎn)品的模型搭建在系統(tǒng)中，再通過優(yōu)化調(diào)整、分層切片、規(guī)劃路徑等操作完善前期準(zhǔn)備工作。打印制作過程中，利用3D打印設(shè)備按照規(guī)劃設(shè)計(jì)的模型和路徑將材料逐層堆積，獲得制成品。打印后按需將成品進(jìn)行外表處理后投入使用進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。前期軟件的建模至關(guān)重要，需要精通軟件建模技術(shù)、材料等多學(xué)科人才參與把關(guān)。模型搭建對產(chǎn)品是否符合所需標(biāo)準(zhǔn)起到?jīng)Q定性作用。而打印設(shè)備則主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品的產(chǎn)出成型，技術(shù)和材料兩者互相搭配制成綜合性能好的實(shí)物。

上游：3D打印軟件技術(shù)的重要性

軟件技術(shù)—九層之臺，起于累土

無論是在3D數(shù)據(jù)模型獲取、3D數(shù)據(jù)模型處理還是3D打印機(jī)的控制等過程中，都離不開3D軟件技術(shù)。軟件系統(tǒng)集合掃描切片、制造與故障診斷、溫場控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測、數(shù)字化掃描控制、數(shù)據(jù)反饋與集成控制等功能于一體，為成品的精細(xì)化滿足需求提供保障；提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)備效率、優(yōu)化打印質(zhì)量、增強(qiáng)產(chǎn)品精細(xì)化。

上游：3D打印材料使用現(xiàn)狀

我國材料市場仍以非金屬類型為主；材料研發(fā)邁向復(fù)合化

3D打印技術(shù)的興起和發(fā)展離不開3D打印材料的發(fā)展。3D打印有多種技術(shù)種類，如SLS、SLA和FDM等。每種打印技術(shù)使用的材料各有不同，如SLM技術(shù)常用金屬材料，而SLA通常用光敏樹脂，F(xiàn)DM適應(yīng)于工程塑料等。目前我國材料使用非金屬仍占主要部分，與金屬材料大致形成6：4的格局，不過也發(fā)現(xiàn)我國對于材料技術(shù)的更新創(chuàng)造不斷加速，目前相關(guān)專利申請量2021年達(dá)3079件，超過美國位列第一。從專利內(nèi)容可以看出各類復(fù)合材料、可降解材料以及更優(yōu)性能的金屬材料是目前研發(fā)的重點(diǎn)方向。

上游：材料的發(fā)展制約因素及解決路徑

材料的制作成本和使用性能是上游核心痛點(diǎn)

中游：3D打印設(shè)備市場現(xiàn)狀及特點(diǎn)

目前中國3D打印設(shè)備主要以SLS、SLM和非金屬的FDM為主，前兩者占比約32%，F(xiàn)DM大約占整體的15%，分別對應(yīng)主應(yīng)用于工業(yè)級和桌面級。

國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)商業(yè)模式和技術(shù)路徑有所差別。綜合看商國外企業(yè)核心技術(shù)涉獵金屬和非金屬兩大板塊，應(yīng)用范圍廣。國內(nèi)企業(yè)核心技術(shù)專攻性強(qiáng)，例如鉑力特70%以上設(shè)備應(yīng)用于航空航天制造。

3D打印設(shè)備主要痛點(diǎn)

中游的3D打印設(shè)備問題現(xiàn)主要呈現(xiàn)零散化形態(tài)

3D打印設(shè)備現(xiàn)仍處于不斷磨合技術(shù)，提高設(shè)備使用成熟度和精細(xì)化階段。問題呈現(xiàn)零散化形態(tài)，例如設(shè)備運(yùn)行過程中故障率高、進(jìn)料系統(tǒng)運(yùn)行卡頓、打印產(chǎn)品精度低等問題。目前科研領(lǐng)域和企業(yè)實(shí)操領(lǐng)域同步研發(fā)實(shí)驗(yàn)，共同推動優(yōu)化設(shè)備操作。

下游：3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域

B端是3D打印主要價值領(lǐng)域

3D打印目前集中在B端，直面C端需要巨量投資，技術(shù)從大規(guī)模使用到鋪向應(yīng)用端需要迭代。目前3D打印在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用已處于產(chǎn)業(yè)化階段。工業(yè)級應(yīng)用范圍已經(jīng)較廣，而消費(fèi)領(lǐng)域需求還需要進(jìn)一步挖掘，大眾消費(fèi)品需要從成本端落地。

下游：國內(nèi)3D打印應(yīng)用市場特點(diǎn)

對外主要面向工業(yè)級高端制造，對外主要向桌面級設(shè)備服務(wù)消費(fèi)領(lǐng)域出口

3D打印國內(nèi)外應(yīng)用場景對比

國內(nèi)應(yīng)用側(cè)重B端工業(yè)級，國外B、C端雙管齊下

國外3D打印技術(shù)整體落地服務(wù)時間早于我國，并且以航空航天、生物醫(yī)學(xué)為先發(fā)應(yīng)用，后不斷滲透至C端桌面級３D打印應(yīng)用范圍，形成B、C兩端同步突破規(guī)?；⒕?xì)化、創(chuàng)新化的發(fā)展特點(diǎn)。國內(nèi)3D打印技術(shù)發(fā)展與21世紀(jì)初期，憑借國家的支持，主要以工業(yè)級（航空航天、汽車制造、生物醫(yī)療）應(yīng)用為主，未來將不斷優(yōu)化技術(shù)和材料，實(shí)現(xiàn)B端更成熟化的應(yīng)用。

3D打印行業(yè)未來發(fā)展形態(tài)

3D打印行業(yè)將呈螺旋式上升發(fā)展趨勢

3D打印行業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展迭代過程將呈現(xiàn)螺旋式周期性上升形態(tài)。行業(yè)整體的階段性突破主要依靠材料和技術(shù)的革新?lián)Q代，以及政策扶持下逐步形成成熟的商業(yè)化模式。例如在航空航天、國防軍工領(lǐng)域由國家領(lǐng)頭逐步實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代。消費(fèi)生活領(lǐng)域中則需要從消費(fèi)者的需求端出發(fā)，由B端帶頭實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)、不斷提升產(chǎn)品的良品率和穩(wěn)定性，同時降低成本，多方開拓市場發(fā)展空間，實(shí)現(xiàn)3D打印行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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