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1、3D打印专题研究报告,陈秋东 2013.6.21,赛伯乐创投研究院-内部培训 第14期,欢迎加入3D打印产业研究QQ群：78545823,3D打印专题研究报告,内容提要,第一部分：3D打印行业概述,1,3D打印概念,3D打印专题研究报告,3D打印机是一位名为恩里科迪尼的发明家设计的一种神奇的打印机。3D打印学术名称为快速成型技术，或快速制造或添加制造技术。3D打印是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、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。,3D打印的特点,3D打印专题研究报告,快速成型技术
2、是与传统的加工方式不同，通过分层制造，逐层叠加的方式生产最终产品。快速成型技术的特点无需开模、切割、焊接等传统工艺的加工。快速成型技术另外一个特点是可以加工非常复杂结构的产品。,3D打印的分类,3D打印专题研究报告,按产品应用范围划分，3D打印主要分为工业级、医用级和民用级。工业级、医用级的3D打印机精度很高，不仅可以打印塑料和树脂，还可以打印金属和高分子材料，能够生产航空航天所需的部件、医用人造牙齿和关节等，甚至包括人造器官。不过，这些设备价格高昂，每台达数十万美元，难以大规模推广。在民用级市场，3D打印技术的精度仅为毫米级，所使用的材料通常为塑料，只能用来制造模型和玩具，或是人偶等创意产品
3、。此类3D打印机的售价约为数千美元，体积也更小，适合家庭使用。,3D打印技术的影响,3D打印专题研究报告,第三次工业革命标志 正在重塑全球制造业竞争格局 被美国科学学会认为是上世纪最伟大的制造技术革命 美国时代周刊将3D打印机列为“美国十大增长最快的工业” 英国经济学人则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命” 麦肯锡发布一项报告展望2025：决定未来经济的12大颠覆技术3D打印列入其中 改变未来生产与生活方式 每个人都可以成为一个工厂 它将改变制造商品的方式，社会化制造 改变原材料形式-粉体材料 并改变世界的经济格局 进而改变人类的生活方式,电子商务让购物更自由，革了零售商
4、的命。 社交媒体让传播更自由，革了传统媒体的命。 3D打印让制造更自由，革了标准化大规模中央制造的命。,3D打印的优点,3D打印专题研究报告,3D打印的应用领域,3D打印专题研究报告,在消费市场，电子照明、影像设计、家具家居、家用饰品、珠宝首饰、建筑模型、教育市场、玩具市场等领域的终端产品市场正迎来爆发，同时，越来越多的国际企业和政府机构正针对交通、航空国防、医疗保健等领域的核心应用的制造方式进行重新部署，这些都是3D打印的机遇。,第二部分：3D打印技术分析,2,3D打印专题研究报告,3D打印机工作原理,3D打印专题研究报告,3D打印工作步骤：使用CAD软件来创建物品；通过SD卡或者USB优盘
5、把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后即可打印出来。3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。不同的是3D打印机融入了光固化和分层打印技术，主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后选择合适的打印材料，再进行打印输出。,3D打印机工作原理,3D打印专题研究报告,3D打印制造包括3个核心环节：前端数据获取(3D扫描和建模)，中端数据加工处理(计算机辅助设计)以及后端产品加工(3D打印)。,3D打印关键技术,3D打印专题研究报告,信息技术,要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，
6、并且根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向。,精密机械,3D打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产高紧密的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。,材料科学,用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。,3D打印工艺技术,3D打印专题研究报告,3D技术目前有多种工艺，最主要的包括SL（立体光造型）、SLS（选择性激光烧结）、3DM（三位打印）及FDM（熔融沉积制造）等。SL和SLS是基于激光或其他光源的成型技术，设备造价和制作模型成本都比较昂贵，因此只在一些特殊领域，如航天军工、高端装备领域有所应
7、用。3DM和FDM则是基于原料喷射成型的技术，不需要昂贵的激光器，因此价格相对低廉。,3D打印技术应用面临的瓶颈和挑战,3D打印专题研究报告,成本方面，现有3D打印机尤其是工业级的设备造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。,4,打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。,产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。,精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打
8、印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。,3D打印技术普及过程,3D打印专题研究报告,阶段一：专业人员/Geek。在普及初期，大众对于产品了解较少，产品推广的动力主要来源于产品制造商对于未来前景的预期，技术也较为粗糙。产品的使用者多为专业人员。 阶段二：部分先锋领域应用。随着产品的特性越来越多的被消费者所了解，产品的销路开始被打开。这时将会有新的竞争者加入，在竞争中技术的进步速度进一步加快。同时随着产品市场的扩大，产品上下游产业也将受到带动。如个人电脑发展中，个人电脑成长对微处理器的带动，以及后期衍生出来的多媒体技术。 阶段三：大规模推广。消费群体的爆发式增长是普及期的典型特征。接
9、受产品的人数如病毒扩散般呈现指数增长势头。正是由于这一点，研发销售个人电脑的公司，如苹果和IBM等，才能实现业绩的飞速增长。,3D打印产业未来发展趋势,3D打印专题研究报告,由于3D打印机低价化等因素的推动，3D打印机市场正在扩大，涉足该市场的企业数量也随之增加。企业之间的竞争愈发激烈，从而进一步推动价格的降低、网络服务的充实以及造形材料品种的增加，也就是进入“正循环”。,第三部分：3D打印行业市场分析,3,3D打印专题研究报告,国际3D打印技术发展现状,快速成型技术在多年的发展中形成了多种工艺，目前3D技术在美国已经实现产业化。 目前3D打印已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi
10、的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。 目前在欧美发达国家，3D打印技术已应用在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。 从政策和产业市场来说，美国发展的最好，其他依次为英国、德国、以色列、意大利、荷兰、中国、韩国、日本等。,3D打印专题研究报告,从产业政策、基础研究及市场环境来说，美国发展的最好,工业级3D打印稳步增长，个人3D打印机销量爆发式增长,已经初步形成成功的商用模式,龙头企业从产业链单一环节做到全覆盖,3D打印技术市场容量,国际快速制造
11、行业权威报告Wohlers Report 2011发布的调查结果：全球3D打印产业产值在19882010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快地增长，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到30亿美元，2020年将达到50亿美元。2011年，全世界个人用3D打印机的供货量达到了约2.3万台，激增到上年4倍左右，这一速度在2012年以后还会加快。相比之下，工业3D打印机在过去10年稳定以30%的速度成长。,3D打印专题研究报告,国际知名3D打印公司,世界上目前的3D打印机生成商来看，行业巨头均在美国、以色列、日本、欧洲等国家。,3D打印专题研究报
12、告,3D打印机制造商已经超过100家，美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的FabHome/Shapeways/ExOne、英国的Reprap等。 根据专利研究公司的调查结果显示，前三名为：第一名是3D Systems公司，第二名是日本松下，第三名是德国EOS3D公司。,Stratasys行业里最大的玩家,Stratasys 创始人是斯科特克伦普。Stratasys于1988年发明熔融沉积造型（FDM）技术，开始领导3D打印及数字制造业。1992年，卖出自己的第一台3D打印机。1994年登陆纳斯达
13、克，代码SSYS。2012年4月，Stratasys与以色列Objet公司合并，Objet此前有IPO计划，估值为5亿美元。新公司市值达到30亿美元，一举超越老对手3D Systems，成为全球3D打印领域最大的公司。目前在全球拥有8000多家客户.3D Systems2013年Q1季报数据显示该公司该季度营收同比增长31%至1.02亿美元，毛利润同比增长38%至5347.4万美元。企业拥有业内最广泛的130种3D打印材料，包括120多种专有喷墨式光敏树脂材料和10种专有的基于FDM技术的热塑性材料。Stratasys公司还经营着RedEye On Demand 数位制造服务。公司雇员有1,0
14、00多人，在全球范围内拥有500多项叠加制造(Additive Manufacturing)专利，并以其先进的技术和领导地位赢得了19项大奖。,3D打印专题研究报告,3D Systems全产业链模式,3D Systems向客户提供“一站式”全套增值解决方案，包括硬件、软件、材料、工艺、教育培训和应用支持。不仅提供打印机，还出售打印机配套的原材料、相关设计软件，并为客户提供培训，其解决方案涉及模具、医疗、教育、珠宝、建筑等行业。3D Systems公司创始人是查克赫尔。1986年，美国诞生了世界上第一家生产3D打印设备的公司3D Systems。2011年收入2.3亿，增长45%，净利润3542
15、万，同比增81%。净利率15%，毛利率47%。,3D打印专题研究报告,2011年年中从纳斯达克（原代码TDSC）转到纽约证券交易所。3D Systems公司推出了多种型号的打印机，其中最方便消费者的选择是Cube 3D打印机，这款产品的售价只有1299美元。自从2009年8月收购桌面工厂（Desktop Factory）以来，3D Systems连续收购了25家公司。3D Systems通过Cube一款连8岁孩子都能操作的个人3D打印机打开了日常消费市场。,Shapeways分布式加工制造中心，制造业的云平台,3D打印专题研究报告,ExOne在工业领域里的3D领头羊,3D打印公司ExOne正式
16、成立于2005年。前身是美国一家历史超过40年的非传统机械流程和自动化系统精密仪器开发供应商(ExtrudeHone)的一个部门。ExOne Inc 于 2013年2月7日登陆纳斯达克上市，交易代码为“XONE”。主要为工业企业客户提供3D打印机、3D打印产品以及相关服务现拥有超过150名员工，全球有5家公司网点自2007年始已经接受了4170万美元的投资，用于扩大产品生产，降低单位成本，开拓工业用材料的种类，建立产品服务中心（PSCs）全球业绩：80+台机器的安装基础；产品服务中心的全球性分布-美国、欧洲、亚洲42%的营收来自3D打印机的销售，58%的营收来自产品服务中心（其中美国37%、欧洲34%、亚洲29%）和耗材（沙模、泵、闸鼓）包括汽车制造行业、航空航天、重型设备制造等行业在内的多家知名企业与ExOne合作,
