3D打印技术分析报告.pdf

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1、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

2、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 Al

3、l 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

4、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 Reserv

5、ed 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

6、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

7、：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；3.3

8、D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 Reserv

9、ed 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 Res

10、erved 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

11、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，

12、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

13、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-Dime

14、nsional 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

15、 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

16、 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

17、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，F

18、DM）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

19、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

20、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

21、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.

22、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 05000100001500020000250003000035

23、00040000200720082009201020112012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，

24、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

25、 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

26、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

27、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

28、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1

29、08亿美元。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

30、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