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2016年全球3D打印行业分析报告(简版)

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-01-19  来源:互联网  浏览次数:177
       第一章 3D打印概述

根据美国材料与试验协会(ASTM)的定义:3D打印(3D Printing)是借助三维数字模型设计,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光束、电子束等方法将金属粉末、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。

在概念上,它同义于工业专业术语中的“增材制造”(Additive Manufacturing)。

3D 打印流程一般包括数据获取、数据处理,打印和后处理四个步骤。前两个步骤主要涉及软件和光学成像技术,第三个步骤涉及材料、机械和电子。前三个步骤相辅相成,任何一个环节存在问题都会影响打印的最终结果。后处理步骤更多是采用传统加工方式改善打印物品的外观和特性。

图表:3D打印基本流程图

Source:新材料在线

3D打印技术最早可以追溯到1976年喷墨打印机的发明。1984年,查尔斯·胡尔将光学技术应用于快速成型领域,拉开了3D打印的帷幕。在此后的几十年里,各种3D打印技术在多个行业应用并行发展。如今,其已覆盖了制造、医疗、学术、航空航天、军事等多个领域。

第二章 3D打印产业链分析

第一节 3D打印产业链概述

打造3D打印产业链,可以进一步推动传统产业的优化升级。3D打印的产业链中应当覆盖研发设计、设备制造、材料开发、产业应用、公共服务等环节。3D打印产业与相关产业的关联点,重点体现在新材料开发和带动传统产业转型升级。基础材料为3D打印原材料提供支持,模型软件则服务于打印设备的研发与生产。方案提供商将3D打印应用于不同的领域,包括航天航空、医疗健康、汽车制造、设计、教育和食品加工等不同领域。

图表:3D打印行业产业链

Source:赛瑞研究

整个3D打印行业产业链大概可分为三个部分,上游基础配件行业,3D打印设备生产企业、3D打印材料生产企业和支持配套企业,下游主要是3D打印的各大应用领域。通常意义上的3D打印行业则主要是指3D打印设备、材料及服务企业。

3D 打印经过近 40 年的发展,已经形成了一条完整的产业链。产业链的每个环节都聚集了一批领先企业。全球范围来看,以Stratasys、3D Systems为代表的设备企业在产业链中占据了主导作用,且这些设备企业通常能够提供材料和打印服务业务,如具有较强的话语权。

根据统计,目前中国拥有工业级3D打印设备生产企业 50 家,消费级3D打印设备企业 100 家,3D打印材料企业50家,3D打印服务企业 120家。(部分重复)

图表:3D打印行业产业链典型企业

Source:赛瑞研究整理

第二节 3D打印材料发展状况

材料技术是3D打印技术的核心,直接制约了3D打印的发展进程。从1982年SL立体光刻技术的出现到当今的3DP成型。都是由于某一种新材料的出现而引起的,如:SL材料为液态光敏树脂,LOM为薄片材料,SLS为可烧结粉末材料,FDM为热熔丝线等。由于材料在物理形态,化学性能等方面的千差万别,才形成了今天3D打印材料的多品种和3D打印的不同成型方法。3D打印技术在这几十年的发展中,新材料是3D打印技术的重要推动力。因而,全世界尤其是发达国家从事3D打印技术的公司和大学都在积极地研发用途更为广泛,成型更为简便新材料。

材料在一定程度上绑架了3D打印行业,目前全球可使用的3D打印材料寥寥可数,我国相关材料更是严重依赖进口。如果材料问题得不到大的突破,则3D打印技术的发展会受到很大影响。材料是3D打印未来成功的关键,特别是在工业生产应用方面。比起传统的制造业,用于三维打印的材料选择是有限的。

技术及材料的搭配上来看,目前SLA技术主要采用液态光敏树脂,FDM技术主要使用丝状热熔性塑料,LOM使用薄膜材料,SLS使用金属粉末,而3DP可使用金属粉末或塑料粉末等。现阶段3D打印材料的发展已经日新月异,随着技术和研发的推进,目前有300多种材料可用于3D打印制造。

材料开发难度大成本高,现在仍为构建3D打印生态圈的掣肘。3D打印材料主要分为高分子材料、金属材料、无机非金属材料及生物材料等。其中,高分子材料为目前3D打印使用的主要材料;金属材料应用前景最大,但是开发技术壁垒高、广泛应用的前提是成本下降;无机非金属材料应用开发相对较慢,仍处于研发阶段;生物材料则处于起步阶段。

北美和亚太地区3D打印材料销售收入占全球的68%,其中北美地区市场收入最高,其次是亚太地区。预计未来随着3D打印在亚太地区的推广,亚洲有望成为3D打印材料需求增长最快的地区。由于目前90%的3D打印机用户都使用的是桌面级产品,因此像ABS、PLA这两种塑料材质的耗材用量占比超过50%,目前高分子材料生产商也主要集中于ABS和PLA以及尼龙材料。塑料3D打印材料有着很高的需求,特别是ABS和PLA。但是从销售额来看,金属材料由于其产品价格高,占据了全球3D打印材料销售额比重超过80%。

作为决定3D打印技术发展进程的一项重要因素,3D打印材料的地位不言而喻,随着3D打印技术的一步步普及,对于材料的需求也在飞速上涨。2015年,全球3D打印材料销量预计突破2500吨。

第三节 3D打印机发展状况

对于增材制造和3D打印的开发和应用,发达国家远远走在前面。从1988年商业化的增材制造设备销售开始,20余年来全球有几十个国家采购安装这些设备。从各国20余年来总装机量的占比来看,美国以38%的份额遥遥领先,日本、德国和中国占据第二梯队。装机量也基本反映了全球这一先进加工制造技术和应用的状况,与传统的加工制造相似,只是美国这次又走在了前列。中国也正在奋力追赶。

根据3D Hubs对其平台上注册的3D打印机的统计分析,Stratasys公司以25.5%的市场保有量成为领导者,这很大一部分要归功于对MakerBot公司的收购。紧随其后的是RepRap和Ultimaker,其保有量市场占有率分别为21.9%和18.4%。而3D Systems的设备保有量占10.8%,位居第四。

2015年全球3D打印行业的年复合增长率低于过去27年的平均数,是过去3年最差的。2015年,全球3D打印机的总出货量达到230228台,同比增加了47.73%,其中桌面/个人3D打印机保持了较快增长了,但是工业级/专业级3D打印机的销售量一定程度上下降。

图表:2008-2015年全球3D打印设备出货量增长情况

Sourcr:赛瑞研究

2.3.1 消费级3D打印机

消费级3D打印机的应用起源于业余爱好者,但随着科技的发展和人们创新意识的增强,现在可以与互联网结合,开创新的商业模式。消费级3D打印机以FDM技术为主,打印材料大多为PLA、ABS等高分子材料,消费领域主要分布在文化创意产业及教育行业。2015年,全球消费级3D打印设备保持了较快增长,但增长幅度有所放缓,年出货量为218616台,同比增长56.62%。2016年对消费级3D打印机而言,可谓喜忧参半,喜的是相对工业级设备,销售数量逐年稳步增长,另一层面,作为消费级的代表,FDM 3D打印技术的低门槛,引来激烈的市场竞争,价格从1000美元降到500美元再次在Kickstarter上降到200美元,低端设备层出不穷。

图表:2008-2015年全球消费级/桌面级3D打印设备出货量增长情况

Sourcr:赛瑞研究

CONTEXT数据显示,在桌面/个人3D打印机领域,台湾厂商三纬国际(XYZprinting)仍然保持全球领先地位,其市场份额在2015年达到31%。2015年下半年见证了消费级3D打印机的市场领导者位置易手,Stratasys/MakerBot和3D Systems/Cubify这两大公司分别基于不同的原因市场份额大幅缩减,转而被新兴的三纬国际和M3D取而代之。

图表:2015年全球消费级/桌面级3D打印设备出货量TOP5企业

Sourcr:CONTEXT

2.3.2 工业级3D打印机

工业级3D打印适用于小批量、造型复杂的非功能性零部件生产,与传统制造业形成互补。工业级3D打印主要运用于在工业新产品设计,试制及快速打印成型,创意产品和玩具模型克隆,医疗行业人体器官,医疗器械打印,建筑模型制作及军事等领域。

2015年以来,工业级3D打印设备出货量出现了明显下滑,年出货量11612台,同比降低9.89%。2016年上半年,产品出货量继续保持了下滑态势,同比降低13.6%。

图表:2008-2015年全球工业级/专业级3D打印设备出货量增长情况

Sourcr:赛瑞研究

虽然工业级3D打印在近两年的总体销量并不是令人满意,但是2015年以来工业级3D打印行业出现了一个现象,那就是许多桌面级3D打印设备厂商将注意力转向工业级3D打印设备。可以看出,随着消费级3D打印设备长期推广困难,工业级3D打印设备尤其是金属打印设备已经成为了业内普遍关注的焦点。

作为近年工业级3D打印设备发展亮点,金属3D打印的需求依然旺盛,尽管其设备价格通常在500万美元—200万美元之间,但是其2015年的机器销售仍然比上年增长了35%。由于金属3D打印市场的重要性日益凸显,2015年按销售额计算排名全球前五位的3D打印厂商有3位的业务主要集中在金属增材制造领域。

图表:2015年全球工业级/专业级3D打印设备出货量TOP5企业

Sourcr:CONTEXT

目前国内专业工业级机器主要依靠进口,但是因为机器和耗材价格高昂,故一直难以为中小企业能接受。国内目前有多家上市公司号称已研发出金属3D打印机,但是少有核心技术的突破。国内发布的一些许多工业级3D打印机大部分是模仿国外机器,缺乏核心竞争能力。

 
关键词: 3D 打印机
 
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