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1、3D打印技术人才需求调研报告一3D打印背景调查分析当前，新一轮世界科技革命正在孕育，以增材制造技术为重要代表的第三次工业革命初见端倪。我国正处于工业转型升级的关键时期，增材制造技术的发展，对我国既是重大机遇，又带来了挑战。加快推进增材制造技术研发及产业化，对于提升我国制造业的整体创新能力，取得在数字化制造、智能制造方面发展的主动权，抢占先进制造业发展制高点，加快工业转型升级和经济发展方式转变具有重要意义。1.3D打印全球升温3D打印（3Dprinting）是快速成型技术的一种，是以（软件）数字建模为基础，运用塑料、金属、陶瓷、橡胶、玻璃、色砂等多种可粘合材料，通过逐层增加材料“打印”出三维实物
2、产品。飞速发展的3D打印技术为第三次工业革命拉开序幕。3D打印技术不断地被应用在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车、航天航空、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程和等领域。随着移动互联网等信息技术、纳米技术和新材料、新能源等科技的迅速发展和推广应用，人工智能、数字制造、工业机器人使得3D打印现代制造技术不断突破，发展3D打印技术、兴起3D打印产业金属耗材由于技术瓶颈最为稀缺，需求和利润空间巨大，2015年市场规模有望达到7000万美元。20092012年，3D打印金属耗材销售收入年均增速27.5%，2012年达到2500美元的产值规模，同比增速38.3%。我们认为，
3、金属耗材仍具有巨大的发展空间。从需求量上看，3D打印应用金属材料囿于技术瓶颈一直拖累其产业化，航空航天、汽车高端复杂部件及其轻量化等方面都急需金属材料（甚至是混合金属材料），特别是3D打印可以通过一次性净成型解决传统金属加工中废料率高的问题，大大节省原料成本，提高其性价比。一旦技术瓶颈能够克服，价格能有所下降，将开启巨大的应用空间，我们预计，3D打印金属耗材的市场规模增速将稳步上升，2015年有望达到7000万美元以上。从金属种类上看，金属材料的应用范围正在逐步拓宽。目前主要的金属材料包括工具钢、不锈钢、商用纯钛、钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金、铜基合金、金、银等，未来将向性质更为多元化的
4、混合材料扩展。从利润率上看，由于加工难度和性能要求非常高，3D打印人才需求调研报告一3D打印背景调查分析当前，新一轮世界科技革命正在孕育，以增材制造技术为重要代表的第三次工业革命初见端倪。我国正处于工业转型升级的关键时期，增材制造技术的发展，对我国既是重大机遇，又带来了挑战。加快推进增材制造技术研发及产业化，对于提升我国制造业的整体创新能力，取得在数字化制造、智能制造方面发展的主动权，抢占先进制造业发展制高点，加快工业转型升级和经济发展方式转变具有重要意义。1.3D打印全球升温3D打印（3Dprinting）是快速成型技术的一种，是以（软件）数字建模为基础，运用塑料、金属、陶瓷、橡胶、玻璃、色
5、砂等多种可粘合材料，通过逐层增加材料“打印”出三维实物产品。飞速发展的3D打印技术为第三次工业革命拉开序幕。3D打印技术不断地被应用在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车、航天航空、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程和等领域。随着移动互联网等信息技术、纳米技术和新材料、新能源等科技的迅速发展和推广应用，人工智能、数字制造、工业机器人使得3D打印现代制造技术不断突破，发展3D打印技术、兴起3D打印产业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（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术研
6、究类）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1000cm3/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。（3）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（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术类）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1000mm1000mm以上，并在航空航天产品的研制中开展应用。（4）基于3D打印制造技术的家电行业个性
7、化定制关键技术研究及应用示范（国拨经费控制额不超过1000万元、企业牵头申报，应用开发与集成示范类）针对家电行业个性化定制迫切需求，结合以3D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3D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3D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3000万元对构件强度、抗疲劳度、断裂韧性要求非常高，且目前掌握加工技术的制造商凤毛麟角，所以即使价格将随技术进步有所下降，但利润空间仍是巨大的。三企业对3D打印人才的需求调研3D打印的开展离不开人才，国内对3
8、D运用人才的培育还仅仅在萌发状况，更别提即插即用的高级人才，依据国家制作业信息化培训中心3D办主任鲁君尚表明，当前中国对3D运用人才需要十分巨大，缺口约为800万人。在他看来，中国在3D技术培训、推行方面做得不行，高校有关3D课程与如今全球最前沿的3D技术有距离，高校3D教学与公司运用需要有距离，很多人对3D知道还处于十分粗浅的初级阶段。“其实，中国并不缺少技术，但真实把技术与构思相结兼并运用到工业中的人却少之又少。”鲁君尚说。2、政府支持创立3D打印产业联盟3D打印技术的产业联盟的建立，3D打印技术的科研机构和企业将改变单打独斗的不利局面。有利于推动我国3D打印技术产业化、市场化进程，加快与
9、国际间的对话交流，促进3D打印技术与传统制造技术的有机结合；有利于尽快建立行业标准，集中展示我国3D打印技术的良好形象，也便于加强与政府间或国际间的广泛交流。（1）深圳市3D打印产业联盟2013年6月，为了抓住3D打印产业发展的先机，深圳市市长许勤表示，深圳将积极组建包括大学、科研机构、企业、行业协会等在内的产业联盟，打造涵盖原始创新、技术开发、产品制造、内容产业到推广应用等全链条的3D显示技术产业链。（2）西部3D打印产业技术创新联盟2013年6月，西部地区首个3D打印产业技术创新联盟在成都成立。该联盟将以成都市的制造企业为主体，由高等院校、材料研发企业和机构、工业设计企业、科研院所、3D打
10、印服务应用提供商等“抱团”联动，先期从材料制造、航空应用、军工制造等产业链高端环节率先突破。(3)陕西3D打印产业技术创新联盟“陕西省3D打印产业技术创新联盟”2014年1月22日在西安宣告成立，陕西省委书记赵正永为其揭牌。5）中国3D打印技术产业联盟2012年10月，在工信部的支持下，亚洲制造业协会、北京航空航天大学、华中科技大学、清华大学、湖南华曙高科有限公司、武汉滨湖机电科技有限公司、无锡飞而康快速制造有限公司等10多家主要的科研单位的专家学者和企业共同发起成立了中国3D打印技术产业联盟，这是世界上首个3D打印技术的产业联盟。3、国家建立3D打印技术产业创新中心为促进3D打印技术产业化，
11、将首批选择10个工业城市集中建设3D打印技术产业创新中心。计划投资2000万元，地方政府按照1：1配套扶持。2013年3月，3D产业联盟已经与南京等城市签署中国3D打印技术产业总部基地和中国3D打印技术产业创新中心合作协议。创新中心包含3D打印技术的产品展示中心、科普和教育中心、加工和服务中心、研发中心。（二）3D打印产业技术环境与技术趋势分析1、中国3D打印技术发展现状我国近年才引入3D打印技术，与国外相比差距非常大，主要体现在技术和市场应用方面，研发水平不高，与市场衔接度较低，目前还未产生较大的经济效益。与美国已经出现3DSystems和Stratasys两大3D打印机上市公司不同，我国的
12、3D打印技术起源于西安交大、华中科大和清华大学等高校，相关的技术转化集中在校办企业。2、中国3D打印产业专利申请数分析从图中可以看出，我国3D打印技术申请数量主要集中在2013年，占2005-2013年申请数量的54.84%。专利公开数量同样也主要集中在2013年，占全部公开数量的77.42%。图表：2005-2013年6月3D打印相关专利申请数量变化图（单位：个 前瞻产业研究院整理3.技术趋势3D打印技术的发展，实际上是成型工艺、原材料和设计程序这三大要素螺旋式创新的过程。从三要素的发展历史看，以上三者互为支撑，彼此勾连，其中一个要素的突破往往能为另外两大要素提供技术支持，从而为3D打印产业
13、链的应用打开更广阔的空间，改善其在各个细分市场上的性价比。从3D打印发展阶段看，目前我们正处于控制物体形状的初级水平，未来将向着控制物质构成的方向发展。也就是说，不仅仅塑造外部几何形状，而且要实现多元材料、多元结构的同时打印，从而创造特定形状、特定功能的全新材料。从更加长远的愿景看，未来的3D打印，将超越对物体形状、结构的控制，将会把程序编写进材料，使其具备我们所需要的功能。我们不再打印被动的零部件和材料，而是打印能够感知、反应、计算和行动的智能系统。成型工艺方面，提高打印精度、速度，多材料同时打印、降低成本是成型工艺当前的发展趋势。目前主要有选择性沉积、选择性黏合以及分层超声波焊接三大主流技
14、术路线，美国材料与试验协会（ASTM）目前给出的6种技术标准分类也可大体归入这三条技术路线。从成型工艺的发展历史看，在20世纪80、90年代，三大技术路线都已经出现，并逐渐成熟；21世纪初以来，革命性的工艺已鲜有问世，技术进展主要体现在已有的三大技术路线的精益求精上。当前主要的发展趋势有三个：一是提高打印精度和速度，但二者性能的提升似乎又是个悖论，打印精细程度的上升往往意味着加工速度的减慢，如何将二者兼顾有赖于技术进步；二是研发能支持更多打印原材料的设备，比如最近十年发展最快的金属材料，而未来，多元材料同时打印将是3D打印成型工艺发展的核心。三是为了3D打印更为广泛的应用，降低打印设备的成本，
15、尤其是降低其中诸如激光发射器等核心部件的成本是未来重要的发展方向。事实上，开源3D打印机系统已使得简易的民用级3D打印机的成本大幅下降，自行设计3D打印机已成为可能。原材料方面，材料种类更多元、性能更好以及成本更低是未来的发展趋势。可供打印的材料有300多种，按照实现3D打印应用的顺序看，塑料、尼龙、树脂、橡胶等高分子材料最先进入应用，也是目前技术最成熟、应用最广泛的，但是由于其强度、耐用性差、不耐高温、有毒、不环保等缺陷，应用范围受限；陶瓷、混凝土、玻璃、纸、蜡等也只能应用在特定细分领域。金属粉末是目前发展最快的领域，但是由于其加工难度大，如果液化打印则难以成型，采用粉末冶金方式，除高温还需
16、要高压，且还要面对金属应力离散的问题，即材料在受到激光照射时，温度可达2000多度，移开激光后便骤降到200度以下，材料经受不住这么大的温差，会出现开裂或变形。这些问题均导致其成本高昂，普及程度还远远不够，国内更是罕有公司涉及。这某种程度上已构成当前3D打印技术向工业级应用渗透推广的最大瓶颈。以色列的Objet（已被Stratasys收购）是目前掌握最多打印材料的公司，它已经可以使用14种基本材料，并在此基础上混搭出107种材料，两种材料的混搭使用、上色也已经成为现实。但是，这些材料种类与人们生活的大千世界里的材料相比，还相差甚远，同时，价格也一直居高不下。很明显，使3D打印材料多元化（尤其是实现复合材料同时打印）、性能更好以及成本更低将是未来的发展趋势。设计程序其实是经常被人忽视的领域，但事实上，它的设计精度以及目前软件对成型工艺的支持程度远未达到理
