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3D打印技术日趋成熟 即将迎来产业化发展机遇期

        作为一项具备多种优势的新型制造技术,3D打印一直备受各界关注。随着3D打印技术日趋成熟,在建筑、生物医学、航天军工等多个领域取得突破,未来3-5年将是3D打印产业化最为关键的发展机遇期。

3D打印发展现状

       3D打印也称为增材制造技术。它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

       我国的3D打印主要集中在家电及电子消费品、建筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。其中,3D打印最大的三块需求分别来自民用消费、工业设计和航天军工。

截止2016年底国内外3D打印应用情况


资料来源:前瞻产业研究院《中国3D打印产业分析报告》

       其中,国内已有部分技术处于世界先进水平。例如,激光直接加工金属技术发展较快,已基本满足特种零部件的机械性能要求,有望率先应用于航天、航空装备制造、生物细胞3D打印技术等方面。

      可见,我国虽为3D打印行业的后起之秀,但研发能力和应用前景发展势头迅猛。受此影响,国内3D打印产业市场规模增长飞速,已由2012年的1.61亿美元增至2016年的11.9亿美元,在全球市场规模的比重则相应地由7%升至19.64%。

2012-2016年中国3D打印产业规模(单位:亿美元,%)


资料来源:前瞻产业研究院《中国3D打印产业分析报告》

3D打印发展瓶颈

       3D打印技术在过去数十年里取得了重大进展,但有关材料、设备和应用等方面挑战依然存在,具体体现在以下几个方面:

一、材料特性。在3D打印技术能够完全过渡到提供切实可行的制造解决方案之前,需要为材料提供力学性能数据的规范性标准,也需要更详细的由这些材料性能制成零部件的规范信息。在没有充分认识材料属性之前,是无法进行相应零部件设计的。目前,世界各国已经研发了很多3D打印技术材料,因此,建立全面的规范标准需要整合研究机构以及系统与材料制造商。

二、打印机本身。世界上目前只有一种3D打印机能够同时打印出多种材料的产品。由于3D打印工艺发展还不完善,快速成型零件的精度和表面质量大多不能满足工程直接使用要求,只能做原型使用。3D打印产品由于采用叠加制造工艺,层与层之间连接得再紧密,目前也很难与传统锻件相媲美。    

 三、3D打印的价格。目前,3D打印不具备规模经济的优势,价格方面的优势尚不明显。据了解,1kg打印材料少则几百元,多则要4万元左右。因此,3D打印技术在一段时间里还无法全面取代传统制造技术。但是在单件小批量、个性化订制和网络社区化生产方面,对于大多数产品来说,不管打印1件还是100件,价格都相差无几,因而3D打印具有无可比拟的优势。

 四、 3D打印技术面临知识产权保护的新课题。该技术的出现使制造业的成功不再取决于生产规模,而取决于创意。然而,单靠创意也是很危险的,模仿者和创新者都能轻而易举地在市场上快速推出新产品,极有可能就像当初的音乐领域一样面临盗版的威胁。

五、政策方面,3D技术的研发需要大量的政府投入或产业界的资金支撑。如在医疗领域,可能会因缺少食品和药品监管部门的许可,造成许多临床医疗产品应用的滞缓等。

3D打印发展前景

       总的来说,3D打印产业爆发只是时间问题。仅以医疗保健应用为例,据预计,2015-2022年期间,全球3D打印医疗保健市场销售额年均复合增长率维持22%左右,到2022年全球销售额将突破23亿美元。

2015-2022年全球医疗保健行业3D打印市场销售额及预测(单位:亿美元)

资料来源:前瞻产业研究院《中国3D打印产业分析报告》

       2016年,我国增材制造产业规模已达80亿元,产业规模实现较快增长。2017年7月28日,装备工业司在杭州组织召开《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》征求意见会,有关部委、地方工信部门、相关行业组织、企业、高校和科研院所等单位共60余名代表参加会议。与会代表对行动计划征求意见稿进行了认真讨论,充分肯定了行动计划的编写思路、框架和内容,并对进一步完善行动计划提出了修改意见和建议。

值得一提的是,在3D打印静待爆发期间,低端3D打印机的市场增速下降。这是由于工业制造爱好者和“标新立异者”们已经大都购置了这种设备,因此市场已经初步饱和。下一步,业界需要思考如何拓展个人用户市场。同时,对3D打印机用途的讨论也在不断增加。

      不过,在美国等国家,已经有人指出3D打印可能被用于危险用途,因此应当受到法律限制。如果政府管制加强,也可能影响市场扩张的速度,这也是3D打印企业必须考虑的政策风险。


部分数据资料来源参考: 装备工业司 2017年7月31日新闻、前瞻产业研究院《中国3D打印产业分析报告》、瞻网2017年2017年8月24日新闻

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