2017-“未来机器”系列深度之八：3D打印技术正悄然质变，开启“私人定制”时代_20页-2mb

3D打印技术发展与应用分析总结

核心内容

3D打印技术是一种快速成形技术，通过计算机三维设计模型，利用激光束、热熔喷嘴等方式，将粉末状材料逐层堆积黏结，制造出实体产品。该技术具备制造复杂程度降低、生产制造范围扩大、满足客户个性化需求、生产制造效率提高和提高原材料利用效率等优势。

主要观点

• 3D打印作为先进制造技术，正推动制造业向“新硬件时代”转型。
• 国际巨头如Google、软银、阿里、富士康等已布局机器人、无人机及情感机器人Pepper的量产计划。
• 3D打印市场呈几何级增长态势，预计2020年全球市场规模将突破210亿美元。
• 中国预计将在未来2-3年内成为全球最大的3D打印市场，市场规模有望达到100亿元。
• 3D打印技术在医疗、工业、建筑、消费品等多个领域有广泛应用，但面临材料和技术瓶颈。

关键信息

3D打印技术类型与原理

• SLA（激光光固化）：以光敏树脂为原料，利用紫外激光扫描液态树脂，形成薄层截面，适合验证装配设计。
• SLS（选择性激光粉末烧结）：使用热塑性塑料、金属粉末等材料，通过激光烧结形成零件，可应用于快速制造。
• FDM（熔融沉积成型）：使用热塑性塑料，将熔丝材料从喷头中挤压出来，形成轮廓形状的薄层，适合设计的不同阶段。
• 3DP（三维打印成型）：通过喷射粘合剂将粉末粘结，适合商业、办公及科研环境。
• LOM（薄板层压成型）：利用激光逐层切割、堆积薄板材料，适用于制作简单的模型或零件。

3D打印市场概况

• 全球3D打印市场增长迅速，2013年增长34.9%，达到30.7亿美元，2015年预计达到60亿美元。
• 个人消费级市场增长迅猛，2014年全球个人3D打印设备出货量达13.3万台，其中个人设备占比约9.8万台。
• 3D打印产业链主要包括打印材料（37%）、打印设备（39%）和打印服务（24%）。
• 美国、日本、德国在3D打印市场占据主导地位，其中美国占比约38%。

3D打印应用领域

• 医疗行业：3D打印在骨骼、牙齿、假肢、头盖骨、心脏等器官的打印已取得初步成功，部分处于实验阶段。
• 工业领域：3D打印可用于汽车、航天等行业的零部件研发，大幅缩短开发周期和降低成本。
• 建筑业：3D打印可用于建筑模型和实际建筑结构，如意大利恩里科·迪尼的“莫比乌斯环”和中国上海盈创的豪华别墅。
• 消费品领域：3D打印可用于制作小工具、玩具和零食，甚至实现衣服的定制化生产。

3D打印发展瓶颈

• 打印材料限制：目前打印材料种类有限，不能满足复杂设计需求，制约产业发展。
• 烧结技术温差问题：金属3D打印过程中温差过大，导致零件开裂、变形，影响成型质量。
• 技术优化方向：通过优化工艺参数（如激光功率、扫描速度、铺粉层厚等）和设备设计（如加热/制冷喷头、送料装置等）来提升打印质量和效率。

3D打印与云制造结合

• 3D打印的个性化定制特性使其成为云制造模式的突破口。
• 云制造通过信息技术实现制造资源的高度共享，降低制造成本，提高资源利用率。
• 企业可通过公共平台租赁制造能力，无需购买昂贵的设备。

未来展望

3D打印技术未来有望在医疗、工业、建筑、消费品等领域实现更多突破，特别是在医疗方面，有望实现更复杂的器官打印和治疗方案。此外，3D打印与互联网结合，推动云制造模式，满足个性化需求，提高生产效率。

风险提示

• 材料技术研发进度低于预期，可能影响行业发展。

评级信息

• 行业评级：机械设备、通用机械II均为“增持（维持）”。
• 研究员：章诚、肖群稀、秦瑞、金榜、王宗超。

图表目录

• 图1：3D打印原理图
• 图2：3D打印材料尼龙玻纤
• 图3：3D打印材料环氧乙烯树脂
• 图4：SLA工作原理
• 图5：SLS工作原理
• 图6：FDM工作原理
• 图7：3DP工作原理
• 图8：2009-2020年全球3D打印市场规模
• 图9：2010-2014年全球个人3D打印设备出货量
• 图10：3D打印产业链上下游市场占比
• 图11：桌面级3D打印机：Makerbot Replicator 2
• 图12：工业级3D打印机：Objet 1000
• 图13：全球3D打印市场分布
• 图14：3D Systems & Stratasys销售收入
• 图15：2012-2016年我国3D打印市场规模趋势图
• 图16：3D打印设备下游应用行业情况
• 图17：3D打印外骨假肢
• 图18：3D打印脊椎
• 图19：3D打印脊椎
• 图20：3D打印头盖骨
• 图21：3D打印的汽车零部件
• 图22：3D打印的汽车整车Strati
• 图23：Enrico Dini打印的“莫比乌斯环”
• 图24：上海盈创打印的豪华别墅
• 图25：3D打印的首饰
• 图26：3D打印棒冰
• 图27：3D打印的链条裙
• 图28：X光视图渲染显示Kinematics设计的铰链结构
• 图29：大间距层间错开扫描策略
• 图30：3D打印的半月板
• 图31：3D打印的血管
• 图32：3D打印可食用的生长植物