3D打印技术分析报告.pdf

Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 3D打印技术分析 研究报告研究报告 简版 20142014年年 Analysis of 3D Printing Technology Research Report Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 写在前面的话：1.新材料在线平台（)是专注于新材料产业的研究、咨询、服务平台和门户网站，提供最佳的新材料行业咨询信息和研究报告，依托门户网站优势提供宣传平台和交流平台，依托专业的团队和资源提供最佳的新材料解决方案。新材料在线网站（)正在改版，预计4月底上线，敬请期待！2.3D打印技术分析研究报告版权归新材料在线平台所有，欢迎转载、传播、分享，并请注明出处：新材料在线（或）。3.新材料在线平台每日会发布新材料最新的资讯，定期发布 新材料相关的行业研究报告，请关注我们的官方微信公众号:xincailiaozaixian(新材料在线）,获得最新的资讯和活动。请扫描官方微信公众号 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 1818世纪世纪6060年代，蒸汽机的广泛使用引发了第一次工业革命年代，蒸汽机的广泛使用引发了第一次工业革命 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 2020世纪世纪8080年代后期，年代后期，3D3D打印机横空出世。打印机横空出世。3D打印机广泛使用将引发第三次工业革命 有人推测 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 目录目录 1.3D打印的概况 2.3D打印的产业链分析 3.3D打印主要技术方法 4.全球3D打印发展现状 5.我国3D打印发展现状 6.3D打印未来发展趋势 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 什么是什么是3D3D打印打印 CAD模型 Z向离散化(分层)层片信息处理 层片加工控制信息 层片加工 层面堆积 后处理 数据处理过程(离散过程)物理实现过程(堆积过程)工艺规划 离散-堆积成形原理 3D打印（3D printing），即快速成形技术的一种，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，国外称为增材制造（Additive manufacturing）。其基本原理是离散-堆积原理。铺开一层粉末 打印横截面 1 2 打印粉末层 3 3D打印流程图 3D文件 3D打印机 3D立体模型 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印实例打印实例 3D打印的手枪 3D打印的比基尼 3D打印的汽车Urben 3D打印的微缩工厂模型 3D打印的头骨 3D打印的飞机 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印的特点（与传统制造对比）打印的特点（与传统制造对比）与传统制造（减法制造）对比，3D打印最大的区别是加法制造（增材制造），传统制造 大量制造，以量制价 规格化 减法制造，产品设计受模具限制 手工制造 劳动力密集 跨国企业在人力便宜之处设工厂 设计和生产线距离遥远 3D打印 小量生产，成本均一 定制化 加法制造，能实现任何设计 数字化制造 脑力密集 跨国企业在各国市场所在地设工厂 设计即生产，随时回应市场需求 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印技术发展简史打印技术发展简史 1980s 1990s 2000s 2010 2011 2012 2013 1984：胡尔开始研发3D打印技术；1986：3D SYS成立，并发布第一款商用3D打印机（SLA）；1988：（FDM）熔融沉积制模 1989：Stratasys公司成立 1991：（LDM）分层实体制造系统；1992：（SLS）选择性激光烧结系统；1993：陶瓷被用于3D打印；1996：3D打印机一词第一次出现在媒体；1997：钛合金被用于3D打印 2002：3D打印的人工肾；2004：纳米复合材料用于3打印；2005：首个高清晰彩色3D打印机 2006：启动3D开源合作项目Reprap；2009：3D生物打印血管 1月：3D打印食物新闻出现在CNN Money板块 5月：Stratasys 收购Solidscape 6月：3D打印的比基尼 6月：奥巴马宣布向3D打印支出5亿美元 7月：3D巧克力打印机 11月：3D System收购了ZCorp 1.Stratasys和Oject公司合并，成为全球最大3D制造商；2.出现3D打印实体店；3.3D打印手枪 4.按需打印药物3D分子打印机 5.3D打印人造肝脏组织 1.3D打印而成的汽车Urben 2.3D打印而成的飞机 3.3D打印修复额骨植入人体 4.碳纤维材料用于3D打印 1980以前 1892：采用分层制造法构成地形图；1976：激光切割薄片，用螺钉和销钉连接成三维物体；1979：采用分层制造技术制作模具 1.Exone上市 2.Voxeljet上市 3.举办世界3D打印技术大会 4.Stratasys收购MakerBot 5.3D Systems收购法国的phenix systems 6.石墨烯3D打印材料 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印的应用打印的应用 目前，3D打印已在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到广泛应用，并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。汽车 20%航天 12%工业/商业器械 11%商品/电子产品 20%医学/牙科 15%教育 8%政治/军事 6%建筑 3%其他 5%2012年全球3D打印应用情况 3D打印汽车 3D打印头骨 3D打印建筑 3D打印工艺品 3D打印吉他 3D复杂金属结构件 3D打印雕像 3D打印服装 3D打印食物 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印打印的具体应用的具体应用 1工业制造：产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证；制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品。3D打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型，也被用于企业的宣传、营销活动中。2文化创意和数码娱乐：形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影阿凡达运用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工艺的水平。3航空航天、国防军工：复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造。4生物医疗：人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。5消费品：珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。6建筑工程：建筑模型风动试验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟。7教育：模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研。8个性化定制：基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。国内3D打印产业发展现状及问题 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印在生物医学的应用打印在生物医学的应用 细胞打印 3D打印的医用假体眼球 牙科（烤瓷牙）由于3D打印具有个性化特点，可广泛应用于生物医学，具体包括细胞打印，组织工程支架和植入物，假体，手术器械，牙科等。医疗模型 组织工程支架 3D打印假肢 3D打印植入物 3D打印人工耳 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印产业打印产业链分析链分析 3D打印产业链 基础材料 打印原材料 方案提供商 打印设备 制造领域 医疗器械 设计领域 商业领域 教育领域 考古与文物 保护领域 模型软件 高分子材料 陶瓷材料 金属合金粉末 纳米复合材料 碳纤维材料 人体细胞 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印主要技术打印主要技术方法方法 3D打印技术方法 基本材料 立体平版印刷，或光固化（Stereo lithography,SLA）光硬化树脂（photopolymer）分层实体制造（Laminated object manufacturing,LOM）纸、金属膜、塑料薄膜 选择性激光烧结（Selective laser sintering,SLS）热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末 熔融沉积成型（Fused deposition modeling,FDM）热塑性塑料,共晶系统 金属、可食用材料 激光熔覆快速制造技术（Laser Engineering Net Shape，LENS）几乎任何合金 三维打印（Three-Dimensional Printing，3DP）陶瓷粉末，金属粉末 数字光处理（DLP）液态树脂 熔丝制造（Fused Filament Fabrication,FFF）聚乳酸（PLA）、ABS树脂 融化压模（Melted and Extrusion Modeling,MEM）金属线、塑料线 电子束熔化成型（Electron beam melting,EBM）钛合金 选择性热烧结（Selective heat sintering,SHS）Thermoplastic powder 粉末层喷头三维打印（Powder bed and inkjet head 3d printing，PP）Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印主要技术打印主要技术方法方法SLASLA 光固化快速成形SLA(Stereo Lithography Apparatus)，又称立体光刻、光成形等，是一种采用激光束逐点扫描液态光敏树脂使之固化的RP成形工艺。设备：国外：美国3D Systems公司、日本CMET公司、以色列Cubital公司；中国：北京殷华快速成形与模具有限公司、上海联泰公司、陕西恒通智能机器有限公司、华中科技大学等。应用：对样品形状及尺寸设计进行直观分析 SLA工艺原理：Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印主要技术方法打印主要技术方法LOMLOM 叠层实体制造LOM(laminated object manufacturing)工艺是快速原型技术中具有代表性的技术之一，是基于激光切割薄片材料、由黏结剂黏结各层成形，在我国也称为分层实体制造SSM(slicing solid manufacturing)。该工艺由美国的Michael Feygin于1985年申请专利。LOM工艺原理：美国Helisys Inc公司、日本Kira公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinergy精技私人有限公司等 设备：应用：Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印主要技术方法打印主要技术方法SLSSLS 激光选区烧结SLS(selected laser sintering)工艺，又称选择性烧结，它是采用红外激光作为热源来烧结粉末材料，并以逐层堆积方式成形三维零件的一种快速成形技术。应用：SLS工艺原理：1、金属零件直接制造 2、模具制作 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印主要技术方法打印主要技术方法FDMFDM 熔融沉积成型（Fused deposition modeling，FDM）工艺由美国工程师ScottCrump于1988年研制成功。FDM的材料一般是热塑性材料，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。FDM工艺原理：设备厂商：美国Stratasys公司、清华大学 应用实例 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印主要技术方法打印主要技术方法LENSLENS 激光熔覆快速制造技术，或激光近形制造技术LENS=激光熔覆技术+快速原型技术，是由 美国Sandia国家实验室的David Keicher发明的。1999年，LENSTM获得了美国工业界“最富创造力的25项技术”之一的称号。Las Alamos国家实验室 美国AreoMet公司 飞机机身隔框 F-22的Ti-6Al-4V吊耳 LENSTM原理：Sandia国家实验室 应用：医疗器械上的应用 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3DP3DP 3DP是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-Dimensional Printing）专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。设备厂商 3DP工艺原理 1.Zcorporation公司 2.EX-ONE公司等 应用 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 全球全球3D3D打印市场规模为打印市场规模为22.0422.04亿美元亿美元 1.2012年，全球3D打印设备市场规模为22.04亿美元，同比增长28.6%，预计到2017年将达到50亿美元，到2020年将达到108亿美元。22.04 50 108 28.6%-20%-10%0%10%20%30%40%020406080100120199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220172020全球3D打印市场规模（亿美元）增长率 资料来源：Wohlers report 2013 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 全球全球3D3D打印市场分布情况打印市场分布情况 美国 38.0%日本 9.7%德国 9.4%中国 8.7%其他 34.2%2012年工业级3D打印市场分布 1.2012年，个人3D打印出货量为35000台，销售额只占总销售额的6.5%；而工业3D打印出货量只有7771台，占总销售额的93.5%；2.2013年全世界售价低于于100,000美元的3D打印机的出货量将达到56,507台，增长49%。到2014年此增长将进一步加速，出货量将达到98,065台，增长75%。而到2015年其出货量将几乎再翻一番；3.2012年，工业3D打印出货量为7771台，同比增长19.5%，市场规模以美国居首，占38%，紧接着是日本、德国和中国。35000 7771 0500010000150002000025000300003500040000200720082009201020112012个人3D打印出货量 工业级3D打印出货量 资料来源：Wohlers report 2013 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 全球全球3D3D打印主要厂商打印主要厂商 公司名称 国家/成立时间 是否上市 市场估值 2012年销售额（千美元）描述 收购案例 3D Systems 美国，1986 是 76.9亿美元 353,633 全球最大的提供快速成型解决方案的厂商 2011年：Z Corp；2013年：phenix systems Stratasys 美国，1988 是 57.6亿美元 215,244 出货量及机器安装数量上，连续10年排名第一 2011年：Soildscape 2012年：Object 2013年：MakerBot Exone 美国，2003 是 7.7亿美元 28,657 为产业客户提供3D打印机和3D打印的产品 Voxeljet 德国，1999 是 7亿美元 11,486 Voveljet的突出技术优势是产品非常的庞大 Ultimaker 荷兰，1990 否 使用PLA、ABS塑料打印，最大可打印体积8.3 x 8.3 x 8.1英寸 EOS 德国，1989 否 世界著名的金属快速成型设备制造商和制造方案提供商 Reprap 英国，2005 否 开源，低成本3D打印机 Materialise 比利时，1990 否 全球RP快速成型/RT快速模具/RM快速制造解决方案最大供应商 Shapeways 荷兰，否 华曙高科 中国，2009 否 主攻机器制造、材料生产和加工服务三项主营业务 根据Wohlers Report 2013的数据，目前欧洲3D打印产商有16家，中国有7家，而美国只有5家。Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 全球全球3D3D打印主要厂商打印主要厂商 1.根据3D Hubs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，Ultimaker和3D Systems；2.市场被五花八门的3D打印机瓜分。排名第一第二的分别是Ultimaker和RepRap的设备，MakerBot的设备则排在第三和第五。中国产的太尔时代两款3D打印机，UP！Plus排名第九，UP！Mini排名第十八。Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 我国我国3D3D打印现状：打印现状：20122012年，年，3D3D打印市场规模为打印市场规模为1010亿元，亿元，国家政策 中国3D打印技术产业联盟 3D打印相关企业 2012年10月成立中国3D打印技术产业联盟 成立中国3D打印技术创新中心（南京、潍坊、珠海）2013年5月，北京举办世界3D打印技术大会 2014年，将在青岛举办世界3D打印技术大会暨博览会 3D打印入选”863”计划；国家政府将提供4000万人民币作为研究基金来支持3D打印核心技术的发展；北京将投入15亿人民币支持3D打印技术 北京太尔时代 杭州铭展科技 浙江闪铸科技 湖南华曙高科技 深圳光韵达光电科技 银邦股份 华中数控 南风股份 大族激光 Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印未来发展趋势打印未来发展趋势 材料越来越丰富 新推出的大型3D打印机Objet 1000已经支持打印140种材料，每次打印可同时利用其中的14种，但物品是多种多样的，只有更丰富更实用的材料才能让3D打印尽快的融入生产和生活。实用性越来越高，从简单的原型开发，到打印巧克力，到飞机上的钛合金部件，3D打印的成品已经越来越实用 家庭化，个人化，价格下降，现在最便宜的打印机已经卖到了300美元左右 精度会越来越高同时速度更快.长期跟踪3D 打印行业的咨询公司Wohlers Associates 表示，2012年，3D 打印机的市场规模为22.04亿美元，到2017年该市场将达50亿美元，到2020年将达108亿美元。Copyright 2014 X All Rights Reserved 新材料在线 X 散热材料发展趋势 3D3D打印的未来打印的未来-挑战与挑战与瓶颈瓶颈 3D打印的挑战和瓶颈 成本方面 社会风险 精度和效率方面 材料方面 造价昂贵，大多桌面级3D打印机售价2万元人民币左右，国内的仿制品价格可以低到6000元但质量难以保证。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隐患，材料的价格便宜的几百元一公斤，最贵的要四万元左右。从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离，理想很丰满，现实很骨感 对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估。精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。如果什么都能彻底复制，想到什么就能制造出什么，听上去很美的同时，也着实让人恐惧，未来就可能引起很多知识产权诉讼。新材料在线 X 微信公众号：xincailiaozaixian 新浪微博：新材料在线官微 Email: 官方微博 新材料在线 免责声明 新材料在线 版权声明 1.本报告部分资源是来自网上搜集，仅供私下交流学习之用，版权归属原作者、原出处所有。任何涉及商业盈利目的均不得使用，否则产生的一切后果将由您自己承担。2.个人或单位如认为新材料在线存在侵犯自身合法权益的内容，应准备好具有法律效应的证明材料，及时与我们取得联系，我们收到信息后即及时给予处理。对【版权声明】和【免责声明】的解释权、修改权及更新权均属于 新材料在线 所有。凡注明“新材料在线”的所有文字、图片、音视频资料、研究报告等信息版权均属新材料在线平台所有。1.转载或引用本网版权所有之内容须注明“转自（或引自）新材料在线”字样，并标明本网网址http:/。2.对于不当转载或引用本网内容而引起的民事纷争、行政处理或其他损失，本网不承担责任。官方微信 附则