3D打印行业研究报告7320.docx
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1、3D打印行业研究报告(胡彬20013-88-11)一、何谓33D打印3D打印机机,英文“3D PPrintters”,3D 打印印这个名称称是近年来来该产品针针对民用市市场而出现现的一个新新词,是通通俗叫法,其实在专专业领域它它有其它学学术名称“快速成形形技术”(及“快速原型型制造技术术”、“增量制造造技术”、“增材制造造技术”)。快速成形技技术(又称快速速原型制造造技术 RRapidd Proototyypingg Mannufaccturiing,简简称RPMM),诞生生于20世纪80年代后后期,是基基于材料堆堆积法的一一种高新制制造技术,是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任
2、意形状,根据零件或物体的三维模型数据,通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术,被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、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 技技术是在现现代CADD/CAMM 技术、激激光技术、计计算机数控控技术、精精密伺服驱驱动技术以以及新材料料技术的基基础上集成成发展起来来的。不同同种类的快快速成型系系统因所用用成形材料料不同,成成形原理和和系统特点点也各有不
3、不同。但是是,其基本本原理都是是一样的,那那就是分层制造造,逐层叠叠加,这种工工艺可以形形象地叫做做增长法或加法。形象地地讲,快速速成形系统统就像是一一台立体打印印机,因此得得名“3D打印机机”。3D打印机机的原理:3D 打印印机可以根根据零件的的形状,每每次制做一一个具有一一定微小厚厚度和特定定形状的截截面,然后后再把它们们逐层粘结结起来,就就得到了所所需制造的的立体的零零件。每个个截面数据据相当于医医学上的一一张CT 像片;整整个制造过过程可以比比喻为一个个积分的过程。当当然,整个个过程是在在电脑的控控制下,由由3D打印机系系统自动完完成的。二、3D打打印的发展展历程1984年年,Chaa
4、rless Hulll开始研研发3D打打印技术,【11986年年】,他自自立门户,创创办了世界界上第一家家3D打印印技术公司司,也是现现在的3DD市场领军军者之一33D Syystemms 公司司(NYSSE: DDDD),同同年发布了了【第一款款商用3DD打印机】,22012年年1月,他他们收购了了另外两家家3D打印印公司Zccorp和和Vidaar Syystemms;1988年年,Scoott CCrumpp发明了FFDM(热热熔挤制成成型)技术术,并于11989年年成立了现现在的另一一家3D打打印上市公公司斯川塔塔斯Strratassys(NNASDAAQ:SSSYS),该该公司在11
5、992年年卖出了第第一台商用用3D打印印机。20012年44月,Sttrataasys还还收购了以以色列的OObjett公司,从从而成为【全全球最大】33D打印机机制造商。1989年年,美国麻麻省理工学学院的Emmanueel M. Sacchs和JJohn S. HHaggeerty等等在美国申申请了三维维印刷技术术的专利,之之后Emaanuell M. Sachhs和Joohn SS. Haaggerrty又多多次对该技技术进行完完善,形成成了今天的的三维印刷刷快速成型型工艺。1993年年,麻省理理工学院获获3D印刷刷技术专利利。1995年年,美国ZZCorpp公司(后后被3Dssyste
6、ems收购购)从麻省省理工学院院获得唯一一授权并开开始开发33D打印机机。1996年年,媒体第第一次使用用【3D打打印】这个个词来称呼呼当时的快快速成型机机,后来取取代了之前前的称谓,成成就了现在在流行的33D打印这这个概念;2005年年,市场上上首个高清清晰彩色33D打印机机Specctrumm Z5110由ZCCorp公公司研制成成功。2008年年,开源33D打印项项目【ReepRapp】发布“Darwwin”,3D打打印机制造造进入新纪纪元;同年年,Objjet 推推出Connnex 500,让让【多材料料】3D打打印成为可可能。2010年年11月,世世界上第一一辆由3DD打印机打打印而
7、成的的汽车Urrbee问问世。2011年年6月6日日,发布了了全球第一一款3D打打印的比基基尼。7月月,英国研研究人员开开发出世界界上第一台台3D巧克克力打印机机。8月,南南安普敦大大学的工程程师们开发发出世界上上第一架33D打印的的飞机。2012年年11月,苏苏格兰科学学家利用人人体细胞首首次打印出出人造肝脏脏组织。目前,美国国拥有世界界上的打印设设备,而中中国所占的的比例只有有,有着很很大的提升升空间。33D打印技技术在美国国已经产业业化,目前前全球有两两家3D打打印机制造造巨头,分分别Strratassys和33D Syystemms,均在在美国纳斯斯达克上市市,20111年营业业收入分
8、别别为1.77亿美元和和2.9亿亿美元。目目前国外33D打印机机制造商主主要有:商商用3D打打印机主要要制造商包包括Strratassys,OObjett Geoometrries,Z Coorporratioon, 33DSysstemss等。家用用3D打印印机主要制制造商有RRepraap,Maakerbbot IIndusstriees,Ulltimaaker,BBotmiill,FFabHHome等等。三、3D打打印为什么么近两年突突然热起来来2012年年3月199日,美国国总统奥巴巴马在卡内内基梅隆大大学宣布创创立美国“制造创新新国家网络络”计划。由由政府主导导、联邦政政府和工业业部
9、门共同同斥资100亿美元逐逐步建立115个“制造创新新中心”,组成创创新网络。2012年4月21日,英国经济学人刊文第三次工业革命,认为3D打印技术将与其他数字化生产模式一起,推动第三次工业革命的实现。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
10、这个世界带来的影响。四、3D打打印国内外现状1、3D打打印国外现现状除了上面已已提到的国国外的企业业/高校及及产品,下下面再列举举一些比较较知名的:19966 年,33D Syystemms、Sttrataasys、ZZ Corrporaationn公司分别别推出 AActuaa 21000、Geenisyys、Z4402产品品,第一次次使用了“3D 打打印机”的称谓。22005 年,Z Cropporattion 发布Sppectrrum ZZ510,这这是世界上上第一台高高精度彩色色3D打印印机。同一一年,英国国巴恩大学学的Adrrian Bowyyer发起起开源3DD打印机项项目Repp
11、Rap,其其目标是制制造出“自我复制制机”,通过 3D 打打印机本身身,能够制制造出另一一台3D打打印机。22008 年,第一一版ReppRap发发布,代号号“Darwwin”,能够打打印自身550% 的的元件,体体积仅一个个箱子大小小。1)、国外外知名3DD打印企业业及机构产产品介绍德国EOSS公司的金金属粉末烧烧结机-EEOSEOSINNT M2270金属属激光烧结结系统,该该设备采用用EOS公公司研发的的DMLSS技术(DDirecct Meetal Laseer-Siinterring)进进行金属件件制作。EEOSINNT M2270激光光烧结系统统采用的是是Yb-ffibree激光发
12、射射器,具有有高效能、长长寿命等特特点。精准准的光学系系统能够保保证模型的的表面光滑滑度和准确确度。氮气气发生装置置以及空压压系统则使使设备的使使用更加安安全。技术术参数:最最大成型尺尺寸 2550mm250mmm215mmm;建造速度度 2-330mm33/秒;层厚 220-1000微米;激光发射射器类型 Yb-ffibree激光发射射器 2000W;光学系统统 F-tthetaa-lenns;扫描速度度最高速度度为7m/秒;支撑结构构无;电源 2220V,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2000mm1050mm
13、1940mm;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.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 SYSTTEMS公公司这款sPrro 2550 SLLM商用型型金属3DD打印机为为目前比较较先进的制制造系统,能能够提供长长达为3220毫米(112.6英英寸)的高高工艺金属属零件,具具有出色的的表
14、面光洁洁度、精细细的功能性性细节与严严格的公差差。可以选选择广泛范范围的金属属合金使用用,包括铝铝和钛。ssPro 250 SLM商商用型金属属3D打印印机的应用用领域包括括产品质量量原型的功功能测试,具具有有机或或高度复杂杂的几何形形状。快速速小批量制制造金属部部件的其他他应用范例例包括:定定制医疗植植入物、轻轻量级航空空航天和赛赛车部件、高高效散热片片、带有随随形冷却管管道的注塑塑模具镶件件,以及牙牙帽、牙冠冠和牙桥。SSLM工艺艺使用高功功率激光逐逐层熔化直直接来自CCAD数据据的金属细细粉末,以以创建功能能性金属部部件。每一一层操作完完后重新喷喷粉机系统统将堆积厚厚度范围从从20到11
15、00微米米的一个新新粉末层。SSLM系统统采用市售售的气体雾雾化金属粉粉末产生完完全致密的的金属零件件,包括不不锈钢、钛钛、钴铬合合金及工具具钢的材料料。这些系系统在设计计伊始均考考虑到工具具库或工人人的需求,带带有一个简简单的触摸摸屏用户界界面,便于于管理粉末末处理系统统,结构坚坚固。只需需选择满足足客户特定定应用需求求的一种围围护结构与与材料。3D打印技技术在美国国已经产业业化,目前前有两家33D打印机机制造巨头头,分别是是Straatasyys(开发发制订行业业标准技术术之一FDDM)和33D Syystemms(3DD打印技术术的创始者者),均在在美国纳斯斯达克上市市,20111年营业
16、业收入分别别为1.77亿美元和和2.9亿亿美元。22011年年3D打印印市场规模模17.11亿美元。不不过,这一一数字仅占占全球制造造市场的00.02%。以色列obbjet公公司Objett是快速成成型和快速速制造的光光固化技术术先锋,开开发者,生生产商及高高精度,高高分辨率三三维打印方方案的全球球市场推广广者。Obbjet系系统都是基基于经过市市场证明的的自身专利利技术的光光敏树脂喷喷射技术,使使得极为复复杂的三维维部件都可可以以高品品质,高精精度和高速速度打印出出来。Poolyjeet的打印印头类似于于行式打印印机,沿着着X轴前后后滑动,在在成型室里里铺上一层层超薄的光光敏树脂。每每铺完一
17、层层后,喷头头架边上的的紫外光球球立即发射射紫外光,快快速固化和和硬化每层层光敏树脂脂。这一步步骤减少了了使用其他他技术所需需的后处理理过程。每每打印完一一层,机器器内部的成成型底盘就就会极为精精确地下沉沉,而喷头头继续一层层一层地工工作,直到到原型件完完成。精密密的工具软软件保证了了所有的喷喷头能协调调运作,能能同步地往往底盘上喷喷射等量的的材料。这这就产生了了特别平坦坦和光滑的的表面。成成型时使用用了两种不不同的光敏敏树脂材料料:一种是是用来成型型实体部件件的成型材材料,另一一种类胶体体的用来支支撑部件的的支撑材料料。支撑结结构的骨架架先提前预预排好程序序用来配合合复杂的成成型件(如如空腔
18、,悬悬垂,底切切,薄壁的的截面)。成成型完成后后,只用一一个水喷头头就可以轻轻易地移除除支撑材料料,留下光光滑的表面面。南非科工研研究理事会会国家激光光中心该中心研究究人员在激激光添加制制造技术(AAddittive Manuufactturinng),一一种最新的的快速成型型制造技术术上取得突突破。该项项技术的概概念试验论论证显示,其其生产速度度是现有的的可商业化化的选择性性激光烧结结技术的88.3倍。目目前,利用用该技术可可以生产不不超过5000毫米的的小尺寸部部件,而当当日揭牌的的Aerooswifft项目将将致力于制制造2mxx0.5mm 的大尺尺寸部件。这这将有助于于南非航空空制造公
19、司司Aeroosud在在三年内跻跻身世界航航空结构件件制造的先先进行列。南南非科工研研究理事会会与Aerrosudd公司共同同承担了南南非科技部部资助的AAerosswiftt项目,旨旨在开发制制造速度快快批量大的的激光添加加快速成型型技术,为为全球航天天业制造金金属钛部件件。Aerroswiift项目目的关键是是5千瓦IIPG单光光纤激光二二极管发生生器,它是是激光添加加制造技术术的核心。国国家激光中中心希望在在20122年底、22013年年初完成该该项技术设设备的安装装与测试工工作,之后后将其拆分分,运至CCentuurionn的航天谷谷,在那里里重新组装装并投入生生产。南非非Aeroos
20、ud公公司总经理理在谈到其其发展目标标时表示,22013年年该技术将将在试验厂厂投入使用用,然后再再用一至两两年时间进进行实际开开发并获得得生产资质质,20115年实现现与全球航航空公司合合作,为其其提供小批批量、高附附加值、复复杂的钛金金属部件。2)、国外外3D打印案案例2010年年3月,一一位名为恩恩里科迪尼(EEnricco Diini)的的发明家设设计出了一一种神奇的的3D打印印机,它甚甚至可以“打印”出一幢完完整的建筑筑。据恩里里科迪尼介绍绍,这种打打印机的原原料主要是是沙子。当当打印机开开始工作时时,它的上上千个喷嘴嘴中会同时时喷出沙子子和一种镁镁基胶。这这种特制的的胶水会将将沙子
21、粘成成像岩石一一样坚固的的固体,并并形成特定定的形状,然然后只需要要按照预先先设定的形形状一层层层喷上这种种材料,最最终就可以以“打印”一个完整整的雕塑或或者教堂建建筑。美国南加州州大学Beehrokkh Khhoshnneviss教授预计计,截至22050年年,使用石石灰、水泥泥为耗材的的“3D打印印房子”将实现,220小时内内就能打印印出一套房房子,住5510年年都没有问问题。意大利设计计师Marrco GGiubeelli使使用三维打打印机,帮帮助客户打打印出了一一个90米米长大坝的的3D模型型,展示大大坝建成后后的样子。2011年年,世界上上首款应用用3D打印印技术的汽汽车“Urbee
22、e”在经过115年的艰艰苦研制后后在加拿大大亮相,这这辆名为“Urbeee”的汽车包包括玻璃嵌嵌板在内的的所有外部部组件都是是通过大型型3D打印印设备生产产。 22012年年8月,世世界上第一一辆3D打打印赛车“阿里翁”,在德国国霍根海姆姆赛道完成成测试,最最高时速达达141公公里。从设设计到打印印,“阿里翁”车身的出出炉仅用时时3周,所所使用的33D打印机机,能打印印最大尺寸寸达到21106880厘米米的零部件件。威斯康星州州工程师、业业余枪械师师迈克尔格斯林克克(Micchaell Gusslickk)日前使使用Strratassys 33D打印机机以及从网网络上下载载的设计图图,成功打打
23、印出了AAR-155步枪的下下机匣,并并把它变成成了一支枪枪。迈克尔尔不是使用用打印机来来打印整只只枪,步枪枪的其他部部分,则是是利用标准准部件组装装而成。迈迈克尔提供供了一个早早期步枪模模型的图片片,展示了了一个打印印的热塑下下机匣,以以及购买的的金属上枪枪匣、枪管管、枪柄和和弹盒等。当当然,迈克克尔也没有有制作弹药药。但随着着低端打印印机可以打打印金属和和陶瓷材料料,可能有有一天,人人们可以打打印出一把把完整的枪枪。一款枪枪械的设计计蓝图,发发布在网络络上供人任任意下载,你你使用家庭庭自备的机机器就可以以把枪的所所有零件制制造出来这是22012年年8月在网网络上发起起的“维基武器器”项目,
24、发发起者希望望把制枪变变成一种家家庭作坊式式的工作,而而这一切都都赖以一项项名为“3D打印印”的技术。首款“3DD打印小飞飞机”SULSSA已于22011年年在英国成成功试飞。据据悉,这架架由英国南南安普敦大大学工程师师制造的世世界上第一一架“3D打印印”小型无人人驾驶飞机机,包括22米长的机机翼、整体体控制面和和舱门均是是打印而成成,可以在在几分钟内内不使用任任何工具就就组装完毕毕。美国福布布斯杂志志报道称,空空客公司的的机舱设计计师近日宣宣称将从打打印飞机的的小部件开开始,最终终在20550年左右右用3D打打印机打印印出整架飞飞机。今年年年底A3380客舱舱将首次使使用3D打打印机生产产的
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