3D打印技术及未来前景介绍(很多人看好这个行业)
2023-05-15 来源:文库网
3D 打印又称为增材制造(Additive Manufacturing，AM)，是涵盖多学科的先进 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，将三维实体变为若干个二维平面，运用粉末状金属、塑料、陶瓷、树脂等可粘 合原材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。整体而言，3D 打印是信息网络技 术、先进材料技术与数字制造技术的结合，制造流程横跨多个学科，涵盖机械、材料、 软件、电子、设计、计算机视觉等。 当前世界多国将 3D 打印作为未来产业发展的新增长点。美国《时代》周刊将增 材制造列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志认为增材制造是推 动新一轮工业革命的重要科技，中国在《“十四五”智能制造发展规划》、《中国制造 2025》等多项政策文件中提及增材制造。
类比平面打印工序，3D 打印可根据三维信息生产具有功能性的产品。3D 打印可 简单理解为将传统打印中的电子文档替换为 3D 数字模型，通过专用材料进行逐层打 印，形成三维立体的产品。传统平面打印的文件仅起到信息传输、保存作用，不具备 功能性，而通过 3D 打印出的产品可实现预设功能，作为零部件直接应用于航天军工、 医疗器械、汽车等行业。
类比传统的减材制造技术，3D 打印具备定制化、低损耗、精密制造等优势。传 统减材制造工艺指通过设备对原材料进行车、铣、刨、钻等加工流程。相比传统减材 制造，3D 打印在设计过程中可实现定制化非标生产，生产中不需要提前准备模具，且 废料相比传统制造有所减少。此外，部分应用于精密制造领域的零件，在生产过程中 可能遇到模具无法生产、人工制造精度不足、内部构造过于复杂等因素掣肘，仅能通 过 3D 打印生产。
基于上述 3D 打印特点，未来发展方向主要为定制化和复杂结构件的生产。3D 打 印成本端对规模经济敏感程度低，并不像传统制造工艺，随着产量的提升而实现降本 增效。因此，3D 打印在盈亏平衡点之前具有较大的竞争优势，通常这类产品至少具 备定制化或复杂程度高这两个特点中的一个。定制化产品通常生产批量较少，无法通 过传统工艺实现规模化，应用领域多为航天军工、医疗、文创教育等。复杂结构件方 面，往往通过人工或传统工艺在量产后单价仍高于 3D 打印，亦或是难以通过传统方 式生产，很难甚至无法实现生产，如部分特殊镂空件、混合金属件、具备生物相容性 可降解的人造器官等，应用领域多为航天军工、汽车、医疗等。
1.2 3D 打印海外历史由来已久，国内追赶脚步渐近
纵观全球 3D 打印行业发展历史，大致可分为技术研发、量产应用、业务盈利三 个阶段。3D 打印诞生于 20 世纪 80 年代初期，至今已经历了近 40 年的发展历程，主 要可归纳为三个阶段。 1980 年至 1990 年为第一阶段，期间 3D 打印专利、技术、原型机先后诞生。1982 年 Charles Hull 首次提出将光学技术应用于快速成型领域，并于次年发明了世界上 第一台立体光固化成型(SLA)3D 打印原型机，被誉为 3D 打印之父，此后各类 3D 打 印技术及其原型机不断涌现。
1990 至 2010 年为第二阶段，欧美逐渐形成具有影响力的 3D 打印公司，由技术 和理论的雏形过渡至 3D 打印机及产品的生产。3D Systems、Stratasys、EOS 等世界龙头企业在这一阶段先后推出 3D 打印设备，涵盖当前主流的熔融沉积成型(FDM)、 选择性激光烧结(SLS)、金属激光烧结(SLM)等技术。此外，这一阶段通过 3D 打印 所生产的产品类别也不断扩大，下游应用场景随之增加。
2010 年至今为第三阶段，3D 打印行业迎来快速发展，龙头企业不断兼并收购。 2012 年 Stratasys 与 Object 合并，为 3D 打印业内最大规模合并，3D System 于 2010- 2016 年先后完成对 Phenix Systems、Medical Modeling、Bot Object 等公司的收购， 美国 GE 于 2016 年收购 3D 打印巨头 Concept Laser 和 Arcam，各龙头企业在兼并重 组下业务规模迎来快速发展。
我国 3D 打印行业起步滞后于欧美十年左右，但近年来差距逐步缩小。我国 3D 打 印行业起步于 20 世纪 90 年代初期，上世纪 90 年代由清华大学、西安交通大学、华 中科技大学等多所高校在政府资金支持下启动增材制造技术研究，1995 年西安交大 成功研发 3D 打印样机，2000-2010 年间各高校先后实现 SLA、SLS、FDM、SLM 等主流 3D 打印技术零的突破。2011-2016 年间处于技术追赶阶段，3D 打印行业相关专利数 量由 2011 年的 5 个迅速攀升至 2016 年的 6564 个，技术水平逼近欧美国家。2016 年后我国涉及 3D 打印业务公司的数量激增，2019 年国内 3D 打印第一股铂力特于科创 板上市，标志着我国 3D 打印行业逐步完成从技术积累到商业化的过渡。
类比平面打印工序，3D 打印可根据三维信息生产具有功能性的产品。3D 打印可 简单理解为将传统打印中的电子文档替换为 3D 数字模型，通过专用材料进行逐层打 印，形成三维立体的产品。传统平面打印的文件仅起到信息传输、保存作用，不具备 功能性，而通过 3D 打印出的产品可实现预设功能，作为零部件直接应用于航天军工、 医疗器械、汽车等行业。
类比传统的减材制造技术，3D 打印具备定制化、低损耗、精密制造等优势。传 统减材制造工艺指通过设备对原材料进行车、铣、刨、钻等加工流程。相比传统减材 制造，3D 打印在设计过程中可实现定制化非标生产，生产中不需要提前准备模具，且 废料相比传统制造有所减少。此外，部分应用于精密制造领域的零件，在生产过程中 可能遇到模具无法生产、人工制造精度不足、内部构造过于复杂等因素掣肘，仅能通 过 3D 打印生产。
基于上述 3D 打印特点，未来发展方向主要为定制化和复杂结构件的生产。3D 打 印成本端对规模经济敏感程度低，并不像传统制造工艺，随着产量的提升而实现降本 增效。因此，3D 打印在盈亏平衡点之前具有较大的竞争优势，通常这类产品至少具 备定制化或复杂程度高这两个特点中的一个。定制化产品通常生产批量较少，无法通 过传统工艺实现规模化，应用领域多为航天军工、医疗、文创教育等。复杂结构件方 面，往往通过人工或传统工艺在量产后单价仍高于 3D 打印，亦或是难以通过传统方 式生产，很难甚至无法实现生产，如部分特殊镂空件、混合金属件、具备生物相容性 可降解的人造器官等，应用领域多为航天军工、汽车、医疗等。
1.2 3D 打印海外历史由来已久，国内追赶脚步渐近
纵观全球 3D 打印行业发展历史，大致可分为技术研发、量产应用、业务盈利三 个阶段。3D 打印诞生于 20 世纪 80 年代初期，至今已经历了近 40 年的发展历程，主 要可归纳为三个阶段。 1980 年至 1990 年为第一阶段，期间 3D 打印专利、技术、原型机先后诞生。1982 年 Charles Hull 首次提出将光学技术应用于快速成型领域，并于次年发明了世界上 第一台立体光固化成型(SLA)3D 打印原型机，被誉为 3D 打印之父，此后各类 3D 打 印技术及其原型机不断涌现。
1990 至 2010 年为第二阶段，欧美逐渐形成具有影响力的 3D 打印公司，由技术 和理论的雏形过渡至 3D 打印机及产品的生产。3D Systems、Stratasys、EOS 等世界龙头企业在这一阶段先后推出 3D 打印设备，涵盖当前主流的熔融沉积成型(FDM)、 选择性激光烧结(SLS)、金属激光烧结(SLM)等技术。此外，这一阶段通过 3D 打印 所生产的产品类别也不断扩大，下游应用场景随之增加。
2010 年至今为第三阶段，3D 打印行业迎来快速发展，龙头企业不断兼并收购。 2012 年 Stratasys 与 Object 合并，为 3D 打印业内最大规模合并，3D System 于 2010- 2016 年先后完成对 Phenix Systems、Medical Modeling、Bot Object 等公司的收购， 美国 GE 于 2016 年收购 3D 打印巨头 Concept Laser 和 Arcam，各龙头企业在兼并重 组下业务规模迎来快速发展。
我国 3D 打印行业起步滞后于欧美十年左右，但近年来差距逐步缩小。我国 3D 打 印行业起步于 20 世纪 90 年代初期，上世纪 90 年代由清华大学、西安交通大学、华 中科技大学等多所高校在政府资金支持下启动增材制造技术研究，1995 年西安交大 成功研发 3D 打印样机，2000-2010 年间各高校先后实现 SLA、SLS、FDM、SLM 等主流 3D 打印技术零的突破。2011-2016 年间处于技术追赶阶段，3D 打印行业相关专利数 量由 2011 年的 5 个迅速攀升至 2016 年的 6564 个，技术水平逼近欧美国家。2016 年后我国涉及 3D 打印业务公司的数量激增，2019 年国内 3D 打印第一股铂力特于科创 板上市，标志着我国 3D 打印行业逐步完成从技术积累到商业化的过渡。
