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2015年D打印产业市场分析及产业链研究

2019-08-15 15:46:35来源:励志吧0次阅读

  一、概述

  什么是 D打印

  D打印即快速成型的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料凳可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体形状的技术,国外称为增材制造。其基本原理是离散-堆积原理。

  二、 D打印国家政策法规

  2.1 《国家高技术研究发展计划(86 计划)》

  201 年4月,科技部近期公布的最新《国家高技术研究发展计划(86 计划)、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》,首次将 D打印产业纳入其中。

  《指南》中提到,破 D打印制造技术中的核心关键技术,研制重点装备产 品,并在相关领域开展验证,初步具备开展全面推广应用的技术、装备和产业化条件。设4个研究方向:

  (1)面向航空航天大型零件激光熔化成型装备研制及应用

  针对航空航天产品研制(试制)过程中单件、小批量需求,研制适合钛合金等难加工零件直接成型的大型零件激光熔化成型装备,台面2米 2米,制件精度控制在 1%以内,堆积效率达 00cm /h以上。制定相关工业技术标准,并在航空航天产品研制零部件制造中进行应用。

  (2)面向复杂零部件模具制造的大型激光烧结成型装备研制及应用

  针对复杂零部件模具快速制造的需求,研制适合制造蜡模、蜡型、砂型制造,以及尼龙等塑料零件制造的大型激光烧结成型装备,台面2米 2米,制件精度控制在 0.1%以内,堆积效率达1000cm /h以上。制定相关技术标准,并在汽车、模具等行业产品研制中得到应用。

  ( )面向材料结构一体化复杂零部件高温高压扩散连接设备研制与应用

  针对结构复杂、性能要求高、连接难度大等复杂零部件加工的需求,研制材料结构一体化复杂零件高温高压扩散连接设备和工艺,工作加热区域尺寸 1000mm 1000mm以上,并在航空航天产品的研制中开展应用。

  (4)基于 D打印制造技术的家电行业个性化定制关键技术研究及应用示范

  针对家电行业个性化定制迫切需求,结合以 D打印制造技术为核心的数字制造技术带来的制造变革,研究 D打印个性化零件设计技术、个性化定制模式、定制业务 协同引擎、交互门户、运行平台等技术,开发个性化定制管理平台,并基于 D打印制造装备为终端用户提供个性化定制服务,在应用示范期内销售经济收入不少于 000万元。

  2.2 关于印发《国家增材制造产业发展推进计划(年)》的通知

  2015年新年伊始,工信部正式发布《国家增材制造产业发展推进计划(年)》,从国家战略高度提出 D打印的发展方向和目标。该计划将针 D打印产业链中各关键环节如材料、工艺、设备和标准中的核心技术瓶颈进行布局,实现技术上的快速发展,达到国际先进水平。

  同时,还将通过需求牵引与创新驱动相结合,政府引导与市场拉动相结合,重点突破和统筹推进相结合,和传统制造技术相结合的方式,来推进我国 D打印产业健康有序发展。和欧美国家 D打印战略计划相比,该计划更加突出了技术创新和政府政策对产业发展促进作用,这将为我国追赶欧美 D打印的领军地位提供强大的保障。

  该计划提出到2016年,初步建立较为完善的 D打印产业体系,整体技术水平保持与国际同步,在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平,在国际市场上占有较大的市场份额。

  技术水平方面,部分工艺装备达到国际先进水平,初步掌握、工艺软件及关键零部件等重要环节的关键技术。应用方面, D打印成为航空航天等高端装备制造及修复领域的重要技术手段,初步成为产品研发设计、创新创意及个性化产品的实现手段以及新药研发、临床诊断与治疗的工具。

  产业方面, D打印产业销售收入实现快速增长,年均增长速度 0%以上,形成2- 家具有较强国际竞争力的企业。支撑体系建设方面,成立行业协会,建立5到6家 D打印创新中心,形成较为完善的产业标准体系。

  三、相关部门(政府/指导部门)

  工信部;发改委;财政部

  四、市场分析

  4.1国内外市场基本情况

  4.1.1 技术起源

  D打印技术诞生于上世纪80年代的美国,此后马上出现第一波小高潮,美国很快涌现出多家 D打印公司:1984年,CharlesHull开始研发 D打印技术,1986年,他自立门户,创办了世界上第一家 D打印技术公司( D Systems公司也是目前 D市场领军者之一),同年发布了第一款商用 D打印机。

  1988年,Scott Crump发明了FDM(热熔挤韦,}成型)技术,并于1989年成立了现在的另一家 D打印上市公司Stratasys ( NASDAO:SSYS,该公司在1992年卖出了第一台商用 D打印机。

  到了21世纪初, D打印沉寂下来,许多人开始质疑这种技术的可靠性,当时只能做一些塑料模型,强度和精度都不高。直到2008年,开源 D打印项目【RepRap】发布 Darwin , D打印机制造进入新纪元;同年,Objet推出Connex500,让【多材料】 D打印成为可能。

  在欧美 D打印技术已经广泛应用。目前限制金属材料发展的主要的问题是其成形制造效率不高,每个小时大约只有100- 000克。

  4.1.2 国内发展:设备多集中在教育领域

  中国从1991年开始研兄 D打印技术,当时的名称叫快速原型技术(Rapid Prototyping,即开发样品之前的买物模型;具体在国际上有几种成熟的工艺,分层买体制造(LOM、立体光刻(SL ),熔融挤压(FDM、激光烧结(SLS)等(后文会将重要技术一一详述),国内也在不断跟踪开发。2000年前后,这些工艺从买验室研究逐步向工程化、产品化转化。

  由于做出来的只是原型,而不是可以使用的产品,而且国内对产品开发也不重视,大多是抄袭,所以快速原型技术在中国工业领域普及得很慢,全国每年仅销售几十台快速原型设备,主要应用于职业技术培训、高校等教育领域。

  2000年以后,清华大学、华中科技大学、西安交大等高校继续研究 D打印技术。西安交大侧重于应用,做一些模具和航空航天的零部件;华中科技大学开发了不同的 D打印设备;清华大学把快速成形技术转移到企业一一殷华(后改为)后,把研究重点放在了生物制造领域。

  目前国内的 D打印设备和服务企业一共有二十多家,规模都较小。一类是十年前就开始技术研发和应用,如北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等。这些企业都有自身的核心技术。另一类是2010年左右成立的,如湖南华曙、先临三维、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等。而华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构是重要的 D技术培育基地。

  4.1. 国内外技术差距大

  从2012年设备数量上看,美国目前各种 D打印设备的数量占全世界40%,而中国只有8%左右。国内 D打印在过去20年发展比较缓慢,在技术上存在瓶颈。

  (1)材料的种类和性能受限制,特别是使用金属材料制造还存在问题。

  (2)成形的效率需要进一步提高。

  ( )在工艺的尺寸、精度和稳定性上迫切需要加强。

  随着美国 再工业化、再制造化 的口号呼喊, D打印所打造的少劳动力制造将给美国极大的动力去发展。中国与美国的差距主要表现在:

  (1)产业化进程缓慢,市场需求不足;(2)美国 D打印产品的快速制造水平比国内高;( )烧结的材料尤其是金属材料,质量和性能比我们好;(4)激光烧结陶瓷粉末、金属粉末的工艺方面还有一定差距;(5)国内企业的收入结构单一,主要靠卖 D打印设备,而美国的公司是多元经营,设备、服务和材料基本各占销售收入的1/ 。在全球 D模型制造技术的专利实力榜单上,美国 D Systems公司、日本松下公司和德国EOS公司遥遥领先。

  展望未米, D打印是以数字化、络化为基础,以个性化、短流程为特征,实现直接制造、桌边制造和批量定制的新的制造方式。其生长点表现在:与生物工程的结合,与艺术创造的结合,与消费者直接结合。

  目前,在欧美等发达国家, D打印技术的应用已较为广泛,大到飞行器、赛车,小到服装、外壳、甚至是人体组织器官。尤其在一些交叉学科领域中, D打印的应用更加明显。

  4.1.4 市场现状:个人打印高增速、功能应用以模具为主

  据201 版的Wohlers显示,201 年全球 D打印市场规模约40亿美元,相比2012年几乎翻一番。其大体分布概况是欧洲约10亿美元,美国约15亿美元,中国所占份额约 亿美元。面向工业的 D打印机设置台数按国家进行统计的话,美国占 8%,位居第一,其次是日本占9.7%,第三位德国占9.4%,第四位中国占8.7% 。

  近年来, D打印市场高速发展,个人 D打印市场也已开启。根据市场研究机构Frost Sullivan发布的《2012年全球 D打印市场研究报告))显示,从1994年到2011年,全球 D打印机市场规模一直保持高速增长态势,复合增长率达到了17.6%, 2011年全球个人 D打印设备销售量呈现爆发式增长,销售量从5987台猛增至2 265台,增幅接近 00%,大幅超过商用 D打印设备增速。

  就企业实力来看,目前欧美较具规模的 D打印企业的年销售收入一般都在10亿元人民币左右,而国内目前仍没有一家企业收入过亿,甚至超过5000万元的企业都寥寥无几。

  目前,我国 D打印行业整体上发展不错,设备、材料、软件等核心领域都能够不同程度买现自给,并在文化创意、工业、生物医学等领域得到应用。但是,缺乏龙头企业、核心技术、成熟的商业模式,以及市场广泛应用和政策资金扶持。激光器、软件、材料等核心技术还依赖进口。

  4.1.5 D打印未来发展以及市场空间

  根据201 版的Wohlers显示,201 年全球 D打印市场规模约40亿美元,2012年全球 D打印产业整体的销售规模达到22.04亿美元。年三年的年复合增长率达27%。该机构预计2017年则将进一步上升至50亿美元,并且此后整个市场将维持近20%增长率。预计至2021年, D打印市场规模将达到近110亿美元。

  201 年我国产值20亿元。世界 D打印技术产业联盟秘书长、中国 D打印技术产业联盟执行理事长罗军表示:现在还是 D打印技术的起步阶段、产业化的初级阶段。未来 -5年将是 D打印技术最为关键的发展机遇期,如果推进顺利,2014年同比翻一番没有大问题,而2015年则有望达到亿,到2016年产值将达百亿元人民币。

  4.2市场主要发展前景

  4.2.1 D打印技术的优势主要体现在:

  降低产品制造的复杂程度

  与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产产品部同, D打印将三维实体变为若干个二维平面,通过对材料处理并逐层叠加进行生产,大大降低了制造的复杂度。

  扩大了生产制造的范围

  这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力,直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件,使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸,可以造出任何形状的物品。

  缩短生产制造的时间,提高效率

  用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天,根据模型的尺寸以及复杂程度而定,而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时,当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

  减少产品制造的流程

  实践了首件的净型成形,这样后期辅助加工量大大减少,避免了委外加工的数据泄密和时间跨度,尤其适合一些高保密性的行业,如军工、核电领域。

  即时生产且能够满足客户个性化需求

  D打印机可以按需打印,即时生产减少了企业的实物库存,企业可以根据客户订单使用 D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求。

  开发出更加丰富多彩的产品

  传统制造技术和工匠制造的产品形状有限,制造形状的能力受限于所使用的工具。 D打印机可以突破这些局限,开辟巨大的设计空间,甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。

  提高原材料的利用效率

  与传统的金属制造技术相比, D打印机制造金属时产生较少的副产品。随着打印材料的进步, 净成形 制造可能成为更环保的加工方式。

  提高产品的精确度

  扫描技术和 D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率,我们可以扫描、和复制实体对象,创建精确的副本或优化原件。

  4.2.2 对哪些传统加工模式会有替代性的影响?

  据亚洲制造业协会首席执行官罗军介绍, D打印可免除制造刀具、夹具和模具的过程,直接进行产品加工,解决了生产工艺难以解决的问题,还节约材料、缩短时间。

  4.2. 发展趋势

  随着智能制造,控制技术,材料技术,信息技术等不断发展和提升,这些技术也被广泛地综合应用与制造工业, D打印技术也将会被推向一个更加广阔的发展平台。未来, D打印技术主要有以下发展趋势:

  智能化和便捷化

  目前, D打印设备在软件功能、后处理、设计软件与生产控制软件的无缝对接等方面还有许多问题需要优化。例如,成型过程中需要加支撑,成型过程中需要不同材料转换使用,加工后的粉末去除方面,都需要软件智能化和自动化程度进一步提高。

  同时,随着 D打印技术越来越普遍地运用到服装、设计、生活生产当中,只有用户在使用过程中觉得简易上手,技术门槛低,复杂程度低,才能使用户有更好的使用体验,才能更普遍地推广这一技术。而这一系列问题都直接影响到设备的普及和推广,设备智能化、便捷化是走向普及的保证。

  通用化

  D打印是近年来国际上的发展热点,其输出设备称为 D打印机,是作为一个计算机的外部输出设备使用。它可以直接将计算机中制图软件中的三维设计图形输出成一个三维彩色实体,在科学教育,工业制造,产品创意,工业美术等方面有广泛地应用前景和巨大的商业价值,这同时要求 D打印技术向低成本、高精度、高性能的方向发展。

  4. 市场主要挑战

  D打印技术要进一步扩展其产业运用空间,目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战:

  4. .1 成本方面:

  现有 D打印机造价仍普遍较为昂贵,给其进一步普及应用带来了一定困难;大多桌面级 D打印机售价2万元人民币左右,国内的仿制品价格可以低到6000元,但质量难以保证。

  4. .2 是社会风险:

  如果什么都能彻底复制,想到什么就能制造出什么,听上去很美的同时,也着实让人恐惧,未来就可能引起很多知识产权诉讼。

  4. . 打印材料方面:

  目前 D打印的成型材料多采用化学聚合物,材料选择的局限性较大,成型品的物理特性也不理想,并且安全方面也存在一定的隐患,材料的价格便宜的几百元一公斤,最贵的要四万元左右。

  4. .4 精度和效率方面:

  精度还不尽人意,打印效率还远不适应大规模生产的需求,而且受工作原理的限制,打印精度和速度之间存在严重冲突。

  4.4市场运营模式和盈利模式

  五、产业链结构:

  在产业成熟期,一个完整的 D打印产业链应该包括:(1)上游:专业材料供应商、 D打印设备制造商、软件开发商、数字化技术提供商、耗材提供商、专业设 计机构、 D打印设备经销商、 D打印服务等;(2)下游:民用消费、工业设计和航天军工、服装公司、汽车公司、船舶公司、医学等领域;( )服务支持平 台:第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持平台。

  5.1 D打印产业上游市场分析

  D打印产业链的上游主要包括打印材料提供商、 D打印设备的制造商、工业设计机构、 D数字化技术 提供商、 D打印机及耗材提供商、 D打印设备经销商、 D打印服务商等。在 D打印发展的初级阶段,产业链上游的焦点主要集中在材料行业、打印设备制造 业以及软件开发三个领域。

  5.2 D打印产业下游市场分析

  D打印产业链的下游主要分为两大类:(1)民用消费领域,如摄影、饮食、教育等方面;(2)工业领域,如传统的航空、汽车、船舶、电子、家电、医学、建筑等行业,同时还包括珠宝、时装、食品、纺织业以及考古领域。

  我国的 D打印主要集中在家电及电子消费品、建筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。其中, D打印最大的三块需求分别来自民用消费、工业设计和航天军工。

  六、技术要点

  6.1实际的应用方面

  目前, D打印已在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到广泛应用,并且随着这一技术本身的发展,其应用领域将不断拓展。

  6.2 D打印的工业化案例:

  打印枪支

  这算是 D打印最引起争议的一项应用。美国一个名为Defense Distribute的团队目标是创造模型图,方便任何人下载,然后打印出功能完备的军火。在去年11月,他们发布了一段测试视频并宣布首支 D打印军火将投入使用。但随后发生的校园枪击案令 D打印枪支的前途扑朔迷离。

  打印房屋

  一名德国建筑师正在着手利用 D打印技术建造房子,他将计划使用沙和无机粘合剂将54个单独的建筑模块结合在一起,然后填入纤维混凝土。这幢房子就是一个 莫比乌斯环 天花板向前延伸为地板,建筑内部延伸变成外墙。

  打印汽车

  6名工程师在 周时间内就设计并通过 D打印制作了一辆时速可达141公里的赛车,这辆加速至100公里/小时只需要4秒,最高时速在141公里,重量280公斤的电动环保赛车。

  打印下额骨

  比利时哈塞尔特大学的科研人员们已经成功为一名8 岁的老妇人植入了 D打印而成的下颌骨。与传统的制作方法相较而言, D打印技术耗费的材料更少,生产时间更短,往往只需数个小时便可以制出一只下颌骨。

  主要设备供应商及技术要点:

  6. 主要原料及特点

  PLA和ABS可以说是目前市面上所有FDM技术的桌面型 D打印机最常使用的材料。那么,除了这两种材料, D打印机还能支持其他什么类型的材料呢?

  结语:

  我国的 D打印产业,整体面临核心环节对外依赖,耗材技术滞后等重大制约问题。从核心技术、应用材料到市场渠道,我国 D产业链与国外差距很大。

  只有将 D打印技术的个性化、复杂化、高难度的特点与传统装备制造业擅长的规模化、批量化、精益化相结合,依托传统装备制造业已形成的技术、装备、人才、市场等优势,才能更快的产业化、商业化,尽快形成完善的产业链,同时推动装备制造业转型升级。

  从中长期看 D打印产业具有较为广阔的发展前景,但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离,理想很丰满,现实很骨感

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