3D打印作為一種先進制造技術(shù)，已在制造和消費領(lǐng)域得到廣泛的探索應(yīng)用，國內(nèi)3D打印概念的上市公司就有50多家。同時，因其成本高昂、打印速度慢、操作難度大等問題，3D打印技術(shù)仍未實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。當(dāng)前我國3D打印行業(yè)滲透率不到0.1%，仍處于產(chǎn)業(yè)化早期，未來潛在發(fā)展空間巨大，有望快速成長為千億級產(chǎn)業(yè)。
一、3D打印產(chǎn)業(yè)的構(gòu)成和分類
3D打印也稱增材制造，是相對于減材制造與等材制造而言的，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，“自下而上”通過材料累加制造出實體物品的制造方法。它是一種數(shù)字化制造技術(shù)，融合了計算機輔助設(shè)計、材料加工與成形技術(shù)，十分符合未來個性化定制和綠色經(jīng)濟的發(fā)展模式。
1、3D打印產(chǎn)業(yè)分類
從累積技術(shù)看，主要分為擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式，這些技術(shù)根據(jù)材料的不同又可以細(xì)分為不同的技術(shù)，比如燒結(jié)技術(shù)，有針對合金的直接金屬激光燒結(jié)，針對熱塑性粉末的選擇性熱燒結(jié)，針對熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末的選擇性激光燒結(jié)。目前非金屬打印應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，在全球市場占據(jù)主導(dǎo)地位。
從產(chǎn)品用途看，可以分為桌面級產(chǎn)品和專業(yè)級產(chǎn)品，或是分為消費級產(chǎn)品和工業(yè)級產(chǎn)品，消費級產(chǎn)品主要應(yīng)用于教育、創(chuàng)客、簡單模型制作等場景，工業(yè)級產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空航天、汽車制造、醫(yī)療等生產(chǎn)領(lǐng)域。兩者在打印精度、速度、尺寸、可靠性等方面相差巨大，產(chǎn)品的零部件構(gòu)成也有很大差別，工業(yè)級產(chǎn)品在數(shù)字控制方面和數(shù)控機床差不多。
2、3D打印產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成
3D打印不同于一般的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，其產(chǎn)業(yè)鏈主要由數(shù)據(jù)層、制造層和應(yīng)用層構(gòu)成。數(shù)據(jù)層包括掃描儀器和軟件開發(fā)，軟件開發(fā)又分為逆向分析、三維建模、切片、控制等軟件，它們負(fù)責(zé)生成數(shù)字模型文件，并控制整個3D打印制造過程。
制造層包括3D打印材料和設(shè)備，材料分為金屬、有機高分子、無機非金屬和生物材料；設(shè)備根據(jù)不同的累積技術(shù)形成不同的3D打印設(shè)備，構(gòu)成3D打印設(shè)備的基礎(chǔ)配件包括控制電路板、電機、芯片、打印噴頭、金屬架、外殼等。
應(yīng)用層涉及航空航天、軍工、汽車、生物醫(yī)藥、消費電子、食品加工、建筑設(shè)計、文化教育等多個行業(yè)。
二、3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特征
3D打印產(chǎn)業(yè)保持高速增長，美國占有絕對優(yōu)勢，中國市場保有量增長明顯。3D打印服務(wù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，塑料和金屬材料快速增長，工業(yè)應(yīng)用不斷拓展。
1、產(chǎn)業(yè)前景
3D打印作為新興的制造技術(shù)，當(dāng)前還處于早期成長階段。根據(jù)專業(yè)機構(gòu)沃勒斯的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，近年來，全球3D打印產(chǎn)業(yè)保持20%以上的快速增長勢頭，2020年受疫情影響增速有所下降，同比2019年增長7.5%，3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)到127.58億美元。
從國內(nèi)市場看，中國3D打印市場規(guī)模從2017年的96億元增長至2020年208億元，平均增速達(dá)到28.2%。在2019年全球3D打印設(shè)備市場保有量格局中，美國占有率高達(dá)40.40%，德國占有率為22.50%，中國位列第三位，市場保有量占有率由2014年的9.2%升至2019年的18.60%，在全球3D打印市場開始嶄露頭角。
2、市場結(jié)構(gòu)
全球和中國在3D打印設(shè)備、材料和服務(wù)的比例分布差不多，3D打印設(shè)備占據(jù)最大市場份額，3D打印服務(wù)排在第二位，大約占30%左右的市場份額。隨著3D打印設(shè)備保有量的不斷增加，3D打印服務(wù)市場的增長最快，在產(chǎn)業(yè)構(gòu)成中的占比不斷增加，有望成為引領(lǐng)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力。預(yù)計到2022年中國3D打印設(shè)備、材料和服務(wù)市場分別為153.67億元、73.53億元和121.26億元。
從打印材料細(xì)分看，光敏聚合物、塑料粉末、絲材和金屬四種材料市場占比較大，前兩者的市場占比都是30%。從市場增長看，2020年塑料材料和金屬材料的收入，相比2019年分別增長16.7%、15.2%，是增長最快的兩種材料。以PLA、ABS以及尼龍材料為主的塑料材料，已開啟3D打印熱潮；以鋁合金、鈦合金為主的金屬材料，已實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新突破。
3、應(yīng)用領(lǐng)域
從產(chǎn)品大類看，工業(yè)級產(chǎn)品市場遠(yuǎn)大于消費級產(chǎn)品。工業(yè)級3D打印機主要被應(yīng)用于快速原型制造和直接產(chǎn)品制造兩大方面，隨著工業(yè)級3D打印機的應(yīng)用場景不斷擴寬，其在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域所發(fā)揮的作用日益凸顯，占3D打印銷售收入的比例遠(yuǎn)大于消費級產(chǎn)品。
從工業(yè)級產(chǎn)品應(yīng)用看，汽車、航空航天等行業(yè)領(lǐng)域市場占比較大。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，3D打印已經(jīng)成為汽車、消費電子、航空航天、醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，并逐步向科教、能源、建筑等領(lǐng)域擴展，成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產(chǎn)品的實現(xiàn)手段。
三、3D打印產(chǎn)業(yè)的企業(yè)格局
全球3D打印產(chǎn)業(yè)市場高度壟斷，我國整體仍處于發(fā)展探索階段，創(chuàng)業(yè)企業(yè)活躍，但大多企業(yè)處于微利或虧損狀態(tài)。
1、全球企業(yè)格局
從工業(yè)級3D打印設(shè)備看，全球市場呈現(xiàn)高度壟斷，2020年全球有228家制造商生產(chǎn)和銷售工業(yè)3D打印系統(tǒng)，其中中國有25家企業(yè)，排名第三位。全球共有37家公司的工業(yè)3D打印系統(tǒng)銷量超過了100套，美國Stratasys和3DSystems兩家公司的出貨量占比較大。中國消費級3D打印機占據(jù)全球70%以上的市場份額。
2、中國企業(yè)格局
我國3D打印產(chǎn)業(yè)大多數(shù)企業(yè)體量較小。根據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)初步統(tǒng)計顯示，2020年3D打印相關(guān)業(yè)務(wù)收入過億的中國企業(yè)有29家，其中工業(yè)級的有16家，消費級的12家。根據(jù)收入規(guī)模的大小，我國3D打印企業(yè)可以分為三個梯隊，第一梯隊為營業(yè)收入超過2億元的企業(yè)，主要有創(chuàng)想三維、鉑力特、先臨三維、共享集團等；第二梯隊為營業(yè)收入在1-2億元之間的企業(yè)，主要有峰華卓立、光華偉業(yè)、愛康醫(yī)療等；剩下還有大量收入少于1億元的中小企業(yè)，屬于第三梯隊。
3、企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分布
我國3D打印企業(yè)分布在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上有綜合性企業(yè)也有環(huán)節(jié)聚焦的企業(yè)。綜合性企業(yè)的代表企業(yè)有鉑力特、聯(lián)泰科技、創(chuàng)想三維等；3D打印材料領(lǐng)域的代表企業(yè)有中航邁特、有研粉材等；3D打印設(shè)備領(lǐng)域的代表企業(yè)有泰爾時代、中科煜宸等；3D打印服務(wù)領(lǐng)域的代表企業(yè)有飛爾康、邁普醫(yī)學(xué)等。
鏈接：3D打印企業(yè)
先臨三維成立于2004年，專注于高精度3D數(shù)字化產(chǎn)品的研發(fā)、制造和應(yīng)用，主要產(chǎn)品為手持3D掃描儀、高精度3D視覺檢測系統(tǒng)、光固化3D打印機和三維軟件，涉足齒科醫(yī)療、汽車、航空航天、模具、能源等行業(yè)應(yīng)用。在口腔醫(yī)療領(lǐng)域，公司提供從3D掃描、設(shè)計、打印到檢測的數(shù)字化解決方案。公司總部設(shè)于杭州，在成都、天津、德國斯圖加特、美國舊金山等地設(shè)有子公司。
聯(lián)泰科技成立于2000年，主要發(fā)展光固化3D打印技術(shù)，主要產(chǎn)品有3D打印機、樹脂材料和SLA技術(shù)，其技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電器、口腔醫(yī)療、文化創(chuàng)意、教育、鞋業(yè)、建筑等行業(yè)。聯(lián)泰科技總部位于上海，在東莞、德國設(shè)有分公司，在天津、泉州、俄羅斯、越南等地設(shè)有辦事處。聯(lián)泰科技2021年營業(yè)收入突破4.35億，約80%的客戶都是服務(wù)機構(gòu)，其最大的一個客戶科恒是一家3D打印服務(wù)提供商，已經(jīng)運營有500臺聯(lián)泰科技的立體光固化打印機。
四、3D打印產(chǎn)業(yè)的園區(qū)案例
我國3D打印產(chǎn)業(yè)布局主要受當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)基礎(chǔ)、應(yīng)用市場、創(chuàng)新人才和原材料供應(yīng)等因素影響，初步形成長三角、珠三角、環(huán)渤海、中西部四個各具特色的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，相應(yīng)地規(guī)劃建設(shè)了一大批3D打印產(chǎn)業(yè)園區(qū)。
1、安徽春谷3D打印小鎮(zhèn)
小鎮(zhèn)位于安徽省繁昌經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)，規(guī)劃面積3.07平方公里，核心區(qū)面積0.8平方公里，小鎮(zhèn)自然環(huán)境宜人，生態(tài)資源豐富，已建成研發(fā)中心、孵化中心、鄰里中心以及配套的廠房和相關(guān)設(shè)施。
在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，園區(qū)以3D打印智能制造產(chǎn)業(yè)為核心，重點發(fā)展整機設(shè)備、專用材料、數(shù)據(jù)軟件、應(yīng)用服務(wù)等領(lǐng)域，目前已簽約落戶3D打印企業(yè)60余家，形成了3D打印機設(shè)備、打印材料、軟件數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈。
在發(fā)展舉措上，春谷3D打印小鎮(zhèn)積極創(chuàng)新，構(gòu)建了一系列助推園區(qū)發(fā)展的平臺。一是組建企業(yè)化運作的3D打印智能裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，作為公共技術(shù)研發(fā)平臺，推進科技研發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)化；二是與中科大、哈工大、中科院上海光機所、西安交大等科研院所合作建立聯(lián)合實驗室、聯(lián)合研發(fā)中心和應(yīng)用示范中心等一批創(chuàng)新型研發(fā)平臺；三是設(shè)立規(guī)模1億元的國元種子投資基金等戰(zhàn)新產(chǎn)業(yè)扶持基金，為小微企業(yè)提供資金支持；四是成立省增材制造協(xié)會和省增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會。
2、渭南3D打印產(chǎn)業(yè)培育基地
園區(qū)始建于2013年6月，規(guī)劃占地面積460畝，設(shè)置綜合服務(wù)區(qū)、研發(fā)孵化區(qū)、產(chǎn)業(yè)加速區(qū)、倉儲物流區(qū)4個功能區(qū)，已建成3D打印科技企業(yè)孵化器2.3萬平方米、標(biāo)準(zhǔn)廠房10萬平方米、配套設(shè)施2.5萬平方米。
在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，園區(qū)實施“3D打印+航空、3D打印+汽車、3D打印+醫(yī)療、3D打印+鑄造、3D打印+教育”等“3D打印+”的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，借助3D打印技術(shù)優(yōu)勢，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引進孵化各種類型中小科技企業(yè)。園區(qū)累計孵化企業(yè)數(shù)量超過110家，產(chǎn)業(yè)化工作處在國內(nèi)第一梯隊，代表企業(yè)有領(lǐng)智三維、陜西智拓、中海華茂、華誠領(lǐng)航、益信偉創(chuàng)等。
在產(chǎn)業(yè)孵化培育方面，園區(qū)的做法也是可圈可點，主要的舉措包括以下幾方面：一是聯(lián)合高校院所和知名企業(yè)，建立了陜西增材制造研究院等4個協(xié)同研究機構(gòu)；二是建成快速制造國家工程研究中心、3D打印創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計體驗中心、3D打印服務(wù)中心、高速機械加工中心、快速模具中心、快速鑄造中心、成果轉(zhuǎn)化和孵化中心、教育培訓(xùn)中心等公共服務(wù)平臺；三是發(fā)起設(shè)立國內(nèi)第一支3D打印創(chuàng)投基金，積極導(dǎo)入產(chǎn)業(yè)投資、風(fēng)險投資和擔(dān)保機構(gòu)，支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
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