有人說，3D是19世紀(jì)的構(gòu)建，20世紀(jì)的基礎(chǔ)，21世紀(jì)的市場，經(jīng)過多年的發(fā)展，3D打印產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成成熟的基礎(chǔ)技術(shù)和不斷創(chuàng)新的技術(shù)體系，成為航空航天、汽車、消費(fèi)電子、醫(yī)療等領(lǐng)域的熱門技術(shù)。
2017年7月22日，鉑力特作為第一批科創(chuàng)板上市的第一家3D打印產(chǎn)業(yè)鏈公司；2017年7月25日，先臨三維進(jìn)行科創(chuàng)板第一輪問詢回復(fù)。我國作為世界經(jīng)濟(jì)體中的重要組成部分，從資金、政策等角度對3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展予以大力支持，并制定相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)。
新十年開啟，3D打印將呈現(xiàn)怎樣的未來格局？
一、3D打?。褐圃鞓I(yè)中的顛覆性技術(shù)
電影《銀河護(hù)衛(wèi)隊(duì)2》開始，浣熊手持一個類似水槍的設(shè)備，朝飛船破損處噴射物質(zhì)，破損處奇跡般恢復(fù)了！這出現(xiàn)在科幻電影中的神奇修復(fù)技術(shù)，其實(shí)并非完全來自臆想，在現(xiàn)實(shí)中，已經(jīng)存在類似的技術(shù)，這就是3D打印。
什么是3D打印？3D打印又稱為增材制造，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，是對傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)。
很多年前，眾多科技大佬都認(rèn)為這是存在科幻場景中的，無法普及。但發(fā)展到今天，3D打印能應(yīng)用的場景實(shí)在太多了，一旦同大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這些技術(shù)結(jié)合起來，甚至?xí)兂蔁o處不在，無所不能了，正因如此，3D打印被賦予“工業(yè)革命”的使命。
發(fā)展至今，3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在軍事、航空航天、醫(yī)療、汽車、機(jī)械設(shè)備制造及消費(fèi)等領(lǐng)域遍地開花。
二、3D打印產(chǎn)業(yè)鏈：當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀及市場格局
從全球來看，美國3D打印產(chǎn)業(yè)鏈最完整，相比之下我國市場中3D產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展滯后，大多是產(chǎn)能集中于3D打印機(jī)的生產(chǎn)和綜合服務(wù)環(huán)節(jié)，而在原材料、圖像處理、逆向工程以及細(xì)分的下游市場中顯得比較薄弱?？偨Y(jié)為以下幾點(diǎn)。
第一，中國3D打印經(jīng)過30余年的發(fā)展，已經(jīng)形成一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。上游涵蓋三維掃描設(shè)備、三維軟件、3D打印原材料類及3D打印設(shè)備零部件制造等企業(yè)，中游以3D掃描、打印設(shè)備生產(chǎn)廠商為主，占據(jù)主導(dǎo)地位，下游行業(yè)應(yīng)用已覆蓋航天航空、汽車工業(yè)、能源、金屬模具、精準(zhǔn)醫(yī)療、教育等領(lǐng)域。
第二，以歐美企業(yè)為主導(dǎo)，歐美3D打印技術(shù)逐步成熟，正從研發(fā)應(yīng)用往制造產(chǎn)業(yè)化過渡，國內(nèi)競爭尚處藍(lán)海，國內(nèi)3D打印企業(yè)處于研發(fā)應(yīng)用階段。北美、亞太和歐洲三個地區(qū)增材裝機(jī)占比達(dá)37.7%、29.7%、28.2%，增材制造裝機(jī)市場主導(dǎo)權(quán)掌握在歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，國內(nèi)追隨其后。歐美3D行業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年的探索實(shí)踐，金屬3D打印等領(lǐng)域開始進(jìn)入成熟應(yīng)用階段，金屬3D打印的第一梯隊(duì)為EOS、GEA dditive,非金屬3D打印領(lǐng)域的第一梯隊(duì)公司為EOS、HP、Carbon 3D等，均為歐美企業(yè)。
第三，國內(nèi)工業(yè)化金屬增材廠商競爭優(yōu)勢是價格低、本土化應(yīng)用市占率高。在工業(yè)化金屬增材市場上，主要是國外大型工業(yè)級生產(chǎn)企業(yè)和我國部分技術(shù)實(shí)力強(qiáng)勁的企業(yè)在競爭。其中，國外廠商通過代理形式進(jìn)入中國，雖在品牌、技術(shù)方面占據(jù)一定的優(yōu)勢，但價格昂貴，適應(yīng)本土定制化需求的難度大。國內(nèi)廠商則多數(shù)具有高校背景、國外相關(guān)工作經(jīng)歷或技術(shù)引進(jìn)，價格低，可高效滿足國內(nèi)本土的定制化需求，并提供相關(guān)業(yè)務(wù)附加服務(wù)。
第四，3D打印的行業(yè)間壁壘高，大型企業(yè)趨向于全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋。主要體現(xiàn)在技術(shù)和研發(fā)壁壘高、人才壁壘高和研發(fā)投入大、產(chǎn)業(yè)化周期長。由于材料所涉及技術(shù)的差異化，醫(yī)療3D打印、汽車3D打印、桌面級3D打印等不同應(yīng)用間的行業(yè)壁壘較高，除EOS、3D System、Stratasys等少數(shù)龍頭企業(yè)覆蓋范圍廣、趨于全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋以外，其他企業(yè)大多專精于某個領(lǐng)域。
三、3D打印原材料：新材料問世加速3D打印產(chǎn)業(yè)園落地
材料技術(shù)決定產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程
3D打印產(chǎn)業(yè)園落地聚集資源
理論來說，3D打印技術(shù)打印出一個汽車輪轂，該輪轂就擁有了實(shí)際的功能。但如果不存在用來打印輪轂用的鋁粉原料，即使使用3D打印技術(shù)也無法制造出汽車可用的輪轂。因此，3D打印原材料種類的豐富程度，決定了3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。
3D打印產(chǎn)業(yè)中，不同的材料方式搭配不同的工藝技術(shù)，會呈現(xiàn)不同的實(shí)際效果。材料和工藝相輔相成，比如如果目標(biāo)成品要達(dá)到尺寸精度、最小細(xì)節(jié)和壁厚，就要選擇合適的增材制造材料。
圖|3D打印材料特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域
圖|3D打印材料技術(shù)介紹
可以看出，增材制造產(chǎn)業(yè)主要主流技術(shù)包括SLA、LOM、SLS和FDM四種技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，增材制造的發(fā)展嚴(yán)重依賴技術(shù)的進(jìn)步和突破，目前全球增材制造應(yīng)用最受歡迎的技術(shù)為FDM技術(shù)，占平臺總收入的63.9%；SLA+DLP技術(shù)以18.1%的平臺總收入排名第二，排名第三的是SLS技術(shù)，平臺收入占比為11.1%。
隨著3D材料技術(shù)的不斷發(fā)展，在政府的支持下，3D打印產(chǎn)業(yè)園不斷涌出。比如在浙江省，有先臨三維落地浙江3D產(chǎn)業(yè)園，囊括產(chǎn)業(yè)總部、研發(fā)和制造，2018年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入達(dá)4.1億元；北京市增材制造研發(fā)和生產(chǎn)服務(wù)企業(yè)達(dá)70多家，2018實(shí)現(xiàn)銷售收入超6億元；廣東省從事3D打印業(yè)務(wù)的企業(yè)超過400家，擁有多個3D打印產(chǎn)業(yè)園。
比如在粵港澳地區(qū)，廣州市3D打印產(chǎn)業(yè)園榮獲“國家級科技企業(yè)孵化器”，成為全國唯一一家以3D打印產(chǎn)業(yè)為載體的國際孵化器，整合廣東省增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)上下游，大量吸納高新技術(shù)企業(yè)落戶園區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局。
珠海保稅區(qū)管委會與天威集團(tuán)打造的“粵港澳3D打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心”落戶珠海保稅區(qū)，中心涵蓋3D金屬打印實(shí)驗(yàn)室、3D粉末打印實(shí)驗(yàn)室、3D內(nèi)雕打印實(shí)驗(yàn)室等六大實(shí)驗(yàn)室及高校產(chǎn)業(yè)園聯(lián)盟、科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目實(shí)施服務(wù)平臺。
以上3D產(chǎn)業(yè)園都在著力打造適合3D打印等現(xiàn)代服務(wù)企業(yè)發(fā)展的軟硬件環(huán)境，通過完善的服務(wù)功能和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體系，為華南地區(qū)輸送高科技人才、技術(shù)、企業(yè)等技術(shù)前沿資源。
新材料不斷問世
廠商進(jìn)入活躍市場
從上面的3D產(chǎn)業(yè)原材料特點(diǎn)及分類可以看出，技術(shù)壁壘高、生產(chǎn)困難也導(dǎo)致金屬原材料的生產(chǎn)廠家一旦獲得技術(shù)突破就可以得到很高的毛利率。德國的EOS、TLS，及瑞典的Arcam、Hoganas、Sandvik，比利時的Solvay等都能提供比較高端的3D打印粉末原材料。而且3D打印原材料只是它們業(yè)務(wù)的一部分。像目前國內(nèi)能提供高質(zhì)量金屬粉末的公司包括中航邁特、飛而康、塞隆金屬、西安歐中、鉑力特等。
目前來說，使用原材料種類以及成本，仍然是決定3D打印零部件價格的重要因素。拿一個花瓶工藝品為例如下圖。
隨著技術(shù)的成熟，金屬粉末價格逐年降低。我們通過與多家粉末廠商交流溝通獲悉，不少金屬材料的價格是2年前的一半。國內(nèi)粉末廠商也逐漸增多，越來越多企業(yè)使用國產(chǎn)粉末，例如國內(nèi)3D打印粉末生產(chǎn)龍頭中航邁特已具備年產(chǎn)球形金屬粉末800噸的能力。
除此之外，3D打印原材料供給端活躍，新型材料不斷問世，也將推動3D打印的應(yīng)用和發(fā)展。
第一，3D打印材料品類日益增多。全球增材制造專用材料已達(dá)幾百種，Stratasys、3D Systems、EOS、惠普、巴斯夫、杜邦等企業(yè)紛紛布局專用材料領(lǐng)域，不僅賦予材料多功能性特點(diǎn)，而且拓寬了增材制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，使復(fù)合材料成為專用材料發(fā)展趨勢之一。成形工藝領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，多射流熔融制造技術(shù)、復(fù)合增材制造技術(shù)等低成本、高效率的新型增材制造技術(shù)不斷出現(xiàn)。
第二，金屬增材制造原材料研發(fā)活躍。盡管增材制造行業(yè)發(fā)展迅猛，但隨著金屬3D打印零件生產(chǎn)量的增加，市場上金屬粉末材料種類偏少、專用化程度不夠、供給不足的弊端日益顯現(xiàn)，其潛在的缺乏高品質(zhì)、無缺陷的金屬粉末問題也更突出，金屬增材制造專用材料的研發(fā)日趨活躍。根據(jù)Wohlers Associates,Inc.統(tǒng)計(jì)，2017年金屬增材制造原材料銷售金額達(dá)到1.83億美元，同比增長44.6%。
第三，國內(nèi)增材制造原材料基本滿足增材制造產(chǎn)業(yè)需要。我國已經(jīng)開發(fā)出鈦合金、高強(qiáng)鋼、尼龍粉末、碳纖維復(fù)合材料、玻璃微珠復(fù)合材料等近百種牌號專用材料，材料品質(zhì)和性能穩(wěn)定性逐步提升，種類逐步增多，基本可以滿足增材制造產(chǎn)業(yè)需要，實(shí)現(xiàn)在增材制造技術(shù)中的突破性應(yīng)用。
總的來說，近年來，隨著國內(nèi)技術(shù)的不斷突破以及3D打印新型材料的不斷問世，都將有利于未來3D打印技術(shù)的普及。
四、小結(jié)
Jacky認(rèn)為，目前3D打印處于快速成長階段，3D打印更大范圍的推廣和應(yīng)用，有賴于原材料和設(shè)備價格的進(jìn)一步下降。在未來的3D打印賽道中，持續(xù)高質(zhì)量的研發(fā)將成為從行業(yè)中脫穎而出的關(guān)鍵，尤其在附加價值高的航空航天、醫(yī)療、汽車、核電等領(lǐng)域的應(yīng)用。
綜合3D打印產(chǎn)業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，3D打印行業(yè)未來的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：
1、全球增材制造市場進(jìn)入快速發(fā)展期，中國是全球潛力巨大的3D打印市場。據(jù)IDC預(yù)測，至2020年全球增制造產(chǎn)值將達(dá)289億美元。中國增材制造相比國外雖起步較晚，在經(jīng)歷初期產(chǎn)業(yè)鏈分離、原材料不成熟、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一與不完善及成本昂高等問題后，當(dāng)前中國增材制造已日趨成熟，市場呈現(xiàn)快速增長。
2、成本降低疊加新廠商進(jìn)入，金屬材料制造成為行業(yè)增長龍頭。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年度全球金屬增材制造裝備的銷售量約為1768臺，同比增長近80%，遠(yuǎn)高于增材制造行業(yè)的總體增速。新廠商正加速進(jìn)入增材制造市場，并帶來開放材料系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，這將降低金屬增材價格、提升打印速度，提高其市場競爭力。
3、政策支持利好發(fā)展，工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)領(lǐng)域?qū)⒊蔀?D打印產(chǎn)業(yè)增長點(diǎn)。政府一直對3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展予以支持，甚至各種相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在逐步完善。麥肯錫曾預(yù)測，預(yù)計(jì)到2025年，3D打印對經(jīng)濟(jì)的直接影響是5500億元的規(guī)模，其中包括消費(fèi)類應(yīng)用、模具與夾具、醫(yī)療植入物及牙科產(chǎn)品、航空航天零件、汽車及其他工業(yè)領(lǐng)域。
