3D打印行业研究报告2163.docx
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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.3D打印行业研究报告(胡彬2013-8-11)一、何谓3D打印3D打印机机,英文文“3D Priinteers”,3D 打印这这个名称称是近年年来该产产品针对对民用市市场而出出现的一一个新词词,是通通俗叫法法,其实在在专业领领域它有有其它学学术名称称“快速成成形技术术”(及“快速原原型制造造技术”、“增量制制造技术术”、“增材制制造技术术”)。快速成形技技术(又称快快速原型型制造技技术 RRapiid PProttotyypinng MManuufacctu
2、rringg,简称称RPMM),诞诞生于220世纪纪80年代代后期,是是基于材材料堆积积法的一一种高新新制造技技术,是是一种不不再需要要传统的的刀具、夹夹具和机机床就可可以打造造出任意意形状,根根据零件件或物体体的三维维模型数数据,通通过成型型设备以以材料累累加的方方式制成成实物模模型的技技术,被被认为是是近200年来制制造领域域的一个个重大成成果。它它集机械械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。RPM
3、 技技术是在在现代CCAD/CAMM 技术术、激光光技术、计计算机数数控技术术、精密密伺服驱驱动技术术以及新新材料技技术的基基础上集集成发展展起来的的。不同同种类的的快速成成型系统统因所用用成形材材料不同同,成形形原理和和系统特特点也各各有不同同。但是是,其基基本原理理都是一一样的,那那就是分层制制造,逐逐层叠加加,这种种工艺可可以形象象地叫做做增长法法或加法。形象象地讲,快快速成形形系统就就像是一一台立体打打印机,因此此得名“3D打印印机”。3D打印机机的原理理:3DD 打印印机可以以根据零零件的形形状,每每次制做做一个具具有一定定微小厚厚度和特特定形状状的截面面,然后后再把它它们逐层层粘结
4、起起来,就就得到了了所需制制造的立立体的零零件。每每个截面面数据相相当于医医学上的的一张CCT 像像片;整整个制造造过程可可以比喻喻为一个个积分的过程程。当然然,整个个过程是是在电脑脑的控制制下,由由3D打印机机系统自自动完成成的。二、3D打打印的发发展历程程1984年年,Chharlles Hulll开始始研发33D打印印技术,【119866年】,他他自立门门户,创创办了世世界上第第一家33D打印印技术公公司,也也是现在在的3DD市场领领军者之之一3DD Syysteems 公司(NNYSEE: DDDD),同同年发布布了【第第一款商商用3DD打印机机】,220122年1月月,他们们收购了了
5、另外两两家3DD打印公公司Zccorpp和Viidarr Syysteems;1988年年,Sccottt Crrumpp发明了了FDMM(热熔熔挤制成成型)技技术,并并于19989年年成立了了现在的的另一家家3D打打印上市市公司斯斯川塔斯斯Strrataasyss(NAASDAAQ:SSSYSS),该该公司在在19992年卖卖出了第第一台商商用3DD打印机机。20012年年4月,SStraatassys还还收购了了以色列列的Obbjett公司,从从而成为为【全球球最大】33D打印印机制造造商。1989年年,美国国麻省理理工学院院的Emmanuuel M. Sacchs和和Johhn SS.
6、HHagggertty等在在美国申申请了三三维印刷刷技术的的专利,之之后Emmanuuel M. Sacchs和和Johhn SS. HHagggertty又多多次对该该技术进进行完善善,形成成了今天天的三维维印刷快快速成型型工艺。1993年年,麻省省理工学学院获33D印刷刷技术专专利。1995年年,美国国ZCoorp公公司(后后被3DDsysstemms收购购)从麻麻省理工工学院获获得唯一一授权并并开始开开发3DD打印机机。1996年年,媒体体第一次次使用【33D打印印】这个个词来称称呼当时时的快速速成型机机,后来来取代了了之前的的称谓,成成就了现现在流行行的3DD打印这这个概念念;2005
7、年年,市场场上首个个高清晰晰彩色33D打印印机Sppecttrumm Z5510由由ZCoorp公公司研制制成功。2008年年,开源源3D打打印项目目【ReepRaap】发发布“Darrwinn”,3DD打印机机制造进进入新纪纪元;同同年,OObjeet 推推出Coonneex 5500,让让【多材材料】33D打印印成为可可能。2010年年11月月,世界界上第一一辆由33D打印印机打印印而成的的汽车UUrbeee问世世。2011年年6月66日,发发布了全全球第一一款3DD打印的的比基尼尼。7月月,英国国研究人人员开发发出世界界上第一一台3DD巧克力力打印机机。8月月,南安安普敦大大学的工工程师
8、们们开发出出世界上上第一架架3D打打印的飞飞机。2012年年11月月,苏格格兰科学学家利用用人体细细胞首次次打印出出人造肝肝脏组织织。目前,美国国拥有世世界上的打印印设备,而而中国所所占的比比例只有有,有有着很大大的提升升空间。33D打印印技术在在美国已已经产业业化,目目前全球球有两家家3D打打印机制制造巨头头,分别别Strrataasyss和3DD Syysteems,均均在美国国纳斯达达克上市市,20011年年营业收收入分别别为1.7亿美美元和22.9亿亿美元。目目前国外外3D打打印机制制造商主主要有:商用33D打印印机主要要制造商商包括SStraatassys,OObjeet GGeom
9、metrriess,Z Corrporratiion, 3DSSysttemss等。家家用3DD打印机机主要制制造商有有Repprapp,Maakerrbott Inndusstriies,UUltiimakker,BBotmmilll,FaabHHomee等。三、3D打打印为什什么近两两年突然然热起来来2012年年3月119日,美美国总统统奥巴马马在卡内内基梅隆隆大学宣宣布创立立美国“制造创创新国家家网络”计划。由由政府主主导、联联邦政府府和工业业部门共共同斥资资10亿亿美元逐逐步建立立15个个“制造创创新中心心”,组成成创新网网络。220122年4月月21日日,英国国经济济学人刊刊文第第三
10、次工工业革命命,认认为3DD打印技技术将与与其他数数字化生生产模式式一起,推推动第三三次工业业革命的的实现。2012年8月16日,美国“国家增材制造创新中心”作为其首个“样板示范”创新中心剪彩成立。作为新技术研究、开发、示范、转移和推广的基础平台,号称要成为增材制造技术全球卓越中心并提升美国制造全球竞争力。至此,3D打印作为媒体和资本的新宠,风风火火地从幕后走向台前,发展如火如荼。从飞机、汽车、枪支、巧克力、比基尼到星球再造式的沙漠打印,让越来越多的人了解到3D打印技术,开始憧憬着未来革命性的技术将对这个世界带来的影响。四、3D打打印国内内外现状状1、3D打打印国外外现状除了上面已已提到的的国
11、外的的企业/高校及及产品,下下面再列列举一些些比较知知名的:19996 年年,3DD Syysteems、SStraatassys、ZZ Coorpoorattionn公司分分别推出出 Acctuaa 21100、GGeniisyss、Z4402产产品,第第一次使使用了“3D 打印机机”的称谓谓。20005 年,ZZ Crropoorattionn 发布布Speectrrum Z5110,这这是世界界上第一一台高精精度彩色色3D打打印机。同同一年,英英国巴恩恩大学的的Adrriann Boowyeer发起起开源33D打印印机项目目ReppRapp,其目目标是制制造出“自我复复制机”,通过过 3
12、DD 打印印机本身身,能够够制造出出另一台台3D打打印机。220088 年,第第一版RRepRRap发发布,代代号“Darrwinn”,能够够打印自自身500% 的的元件,体体积仅一一个箱子子大小。1)、国外外知名33D打印印企业及及机构产产品介绍绍德国EOSS公司的的金属粉粉末烧结结机-EEOSEOSINNT MM2700金属激激光烧结结系统,该设备采用EOS公司研发的DMLS技术(Direct Metal Laser-Sintering)进行金属件制作。EOSINT M270激光烧结系统采用的是Yb-fibre激光发射器,具有高效能、长寿命等特点。精准的光学系统能够保证模型的表面光滑度和准
13、确度。氮气发生装置以及空压系统则使设备的使用更加安全。技术参数:最大成型尺寸 250mm250mm215mm;建造速度 2-30mm3/秒;层厚 20-100微米;激光发射器类型 Yb-fibre激光发射器 200W;光学系统 F-theta-lens;扫描速度最高速度为7m/秒;支撑结构无;电源 220V,32A或380V,16A;最大功率 5500W;氮发生装置标准;压缩空气支持 7bar,20m3/小时;产品尺寸2000mm1050mm1940mm;建议安装空间 3500mm3600mm2500mm;重量 1130kg;数据处理PC Windows操作系统;软件 EOS RP Tools
14、.Magics RP(Materialise);CAD接口 STL或其他可转换的格式;网络以太网;产品认证 CE,NFPA;可使用材料 不锈钢材料 钴铬钼合金MP1 钴铬钼合金SP1 马氏体钢 钛合金 纯钛 超级合金IN718 铝合金。美国3D SYSSTEMMS公司司这款sPrro 2250 SLMM商用型型金属33D打印印机为目目前比较较先进的的制造系系统,能能够提供供长达为为3200毫米(112.66英寸)的的高工艺艺金属零零件,具具有出色色的表面面光洁度度、精细细的功能能性细节节与严格格的公差差。可以以选择广广泛范围围的金属属合金使使用,包包括铝和和钛。ssProo 2550 SSLM
15、商商用型金金属3DD打印机机的应用用领域包包括产品品质量原原型的功功能测试试,具有有有机或或高度复复杂的几几何形状状。快速速小批量量制造金金属部件件的其他他应用范范例包括括:定制制医疗植植入物、轻轻量级航航空航天天和赛车车部件、高高效散热热片、带带有随形形冷却管管道的注注塑模具具镶件,以以及牙帽帽、牙冠冠和牙桥桥。SLLM工艺艺使用高高功率激激光逐层层熔化直直接来自自CADD数据的的金属细细粉末,以以创建功功能性金金属部件件。每一一层操作作完后重重新喷粉粉机系统统将堆积积厚度范范围从220到1100微微米的一一个新粉粉末层。SSLM系系统采用用市售的的气体雾雾化金属属粉末产产生完全全致密的的金
16、属零零件,包包括不锈锈钢、钛钛、钴铬铬合金及及工具钢钢的材料料。这些些系统在在设计伊伊始均考考虑到工工具库或或工人的的需求,带带有一个个简单的的触摸屏屏用户界界面,便便于管理理粉末处处理系统统,结构构坚固。只只需选择择满足客客户特定定应用需需求的一一种围护护结构与与材料。3D打印技技术在美美国已经经产业化化,目前前有两家家3D打打印机制制造巨头头,分别别是Sttrattasyys(开开发制订订行业标标准技术术之一FFDM)和和3D Sysstemms(33D打印印技术的的创始者者),均均在美国国纳斯达达克上市市,20011年年营业收收入分别别为1.7亿美美元和22.9亿亿美元。220111年3
17、DD打印市市场规模模17.1亿美美元。不不过,这这一数字字仅占全全球制造造市场的的0.002%。以色列obbjett公司Objett是快速速成型和和快速制制造的光光固化技技术先锋锋,开发发者,生生产商及及高精度度,高分分辨率三三维打印印方案的的全球市市场推广广者。OObjeet系统统都是基基于经过过市场证证明的自自身专利利技术的的光敏树树脂喷射射技术,使使得极为为复杂的的三维部部件都可可以以高高品质,高高精度和和高速度度打印出出来。PPolyyjett的打印印头类似似于行式式打印机机,沿着着X轴前前后滑动动,在成成型室里里铺上一一层超薄薄的光敏敏树脂。每每铺完一一层后,喷喷头架边边上的紫紫外光
18、球球立即发发射紫外外光,快快速固化化和硬化化每层光光敏树脂脂。这一一步骤减减少了使使用其他他技术所所需的后后处理过过程。每每打印完完一层,机机器内部部的成型型底盘就就会极为为精确地地下沉,而而喷头继继续一层层一层地地工作,直直到原型型件完成成。精密密的工具具软件保保证了所所有的喷喷头能协协调运作作,能同同步地往往底盘上上喷射等等量的材材料。这这就产生生了特别别平坦和和光滑的的表面。成成型时使使用了两两种不同同的光敏敏树脂材材料:一一种是用用来成型型实体部部件的成成型材料料,另一一种类胶胶体的用用来支撑撑部件的的支撑材材料。支支撑结构构的骨架架先提前前预排好好程序用用来配合合复杂的的成型件件(如
19、空空腔,悬悬垂,底底切,薄薄壁的截截面)。成成型完成成后,只只用一个个水喷头头就可以以轻易地地移除支支撑材料料,留下下光滑的的表面。南非科工研研究理事事会国家家激光中中心该中心研究究人员在在激光添添加制造造技术(AAddiitivve MManuufaccturringg),一一种最新新的快速速成型制制造技术术上取得得突破。该该项技术术的概念念试验论论证显示示,其生生产速度度是现有有的可商商业化的的选择性性激光烧烧结技术术的8.3倍。目目前,利利用该技技术可以以生产不不超过5500毫毫米的小小尺寸部部件,而而当日揭揭牌的AAerooswiift项项目将致致力于制制造2mmx0.5m 的大尺尺寸
20、部件件。这将将有助于于南非航航空制造造公司AAeroosudd在三年年内跻身身世界航航空结构构件制造造的先进进行列。南南非科工工研究理理事会与与Aerrosuud公司司共同承承担了南南非科技技部资助助的Aeerosswifft项目目,旨在在开发制制造速度度快批量量大的激激光添加加快速成成型技术术,为全全球航天天业制造造金属钛钛部件。AAerooswiift项项目的关关键是55千瓦IIPG单单光纤激激光二极极管发生生器,它它是激光光添加制制造技术术的核心心。国家家激光中中心希望望在20012年年底、220133年初完完成该项项技术设设备的安安装与测测试工作作,之后后将其拆拆分,运运至Ceentu
21、urioon的航航天谷,在在那里重重新组装装并投入入生产。南南非Aeerossud公公司总经经理在谈谈到其发发展目标标时表示示,20013年年该技术术将在试试验厂投投入使用用,然后后再用一一至两年年时间进进行实际际开发并并获得生生产资质质,20015年年实现与与全球航航空公司司合作,为为其提供供小批量量、高附附加值、复复杂的钛钛金属部部件。2)、国外外3D打印印案例2010年年3月,一一位名为为恩里科科迪尼(EEnriico Dinni)的的发明家家设计出出了一种种神奇的的3D打打印机,它它甚至可可以“打印”出一幢幢完整的的建筑。据据恩里科科迪尼介介绍,这这种打印印机的原原料主要要是沙子子。当
22、打打印机开开始工作作时,它它的上千千个喷嘴嘴中会同同时喷出出沙子和和一种镁镁基胶。这这种特制制的胶水水会将沙沙子粘成成像岩石石一样坚坚固的固固体,并并形成特特定的形形状,然然后只需需要按照照预先设设定的形形状一层层层喷上上这种材材料,最最终就可可以“打印”一个完完整的雕雕塑或者者教堂建建筑。美国南加州州大学BBehrrokhh Khhoshhnevvis教教授预计计,截至至20550年,使使用石灰灰、水泥泥为耗材材的“3D打打印房子子”将实现现,200小时内内就能打打印出一一套房子子,住55100年都没没有问题题。意大利设计计师Maarcoo Giiubeellii使用三三维打印印机,帮帮助客
23、户户打印出出了一个个90米米长大坝坝的3DD模型,展展示大坝坝建成后后的样子子。2011年年,世界界上首款款应用33D打印印技术的的汽车“Urbbee”在经过过15年年的艰苦苦研制后后在加拿拿大亮相相,这辆辆名为“Urbbee”的汽车车包括玻玻璃嵌板板在内的的所有外外部组件件都是通通过大型型3D打打印设备备生产。 220122年8月月,世界界上第一一辆3DD打印赛赛车“阿里翁翁”,在德德国霍根根海姆赛赛道完成成测试,最最高时速速达1441公里里。从设设计到打打印,“阿里翁翁”车身的的出炉仅仅用时33周,所所使用的的3D打打印机,能能打印最最大尺寸寸达到22106880厘厘米的零零部件。威斯康星
24、州州工程师师、业余余枪械师师迈克尔尔格斯林林克(MMichhaell Guusliick)日前使使用Sttrattasyys 33D打印印机以及及从网络络上下载载的设计计图,成成功打印印出了AAR-115步枪枪的下机机匣,并并把它变变成了一一支枪。迈迈克尔不不是使用用打印机机来打印印整只枪枪,步枪枪的其他他部分,则则是利用用标准部部件组装装而成。迈迈克尔提提供了一一个早期期步枪模模型的图图片,展展示了一一个打印印的热塑塑下机匣匣,以及及购买的的金属上上枪匣、枪枪管、枪枪柄和弹弹盒等。当当然,迈迈克尔也也没有制制作弹药药。但随随着低端端打印机机可以打打印金属属和陶瓷瓷材料,可可能有一一天,人人们
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