透视我国金属3D打印两个产业化阶段的发展概况-金属3D打印工厂

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透视我国金属3D打印两个产业化阶段的发展概况

| 3DScienceValley · 2022/01/06

根据未来智库发表的《金属3D打印行业前瞻分析报告》,我国从20世纪 90 年代初就开始布局对3D打印典型成形设备、软件、材料等方面的研究,但产业化进程相对滞后,直到近几年才迎头赶上。

我国3D打印的产业化分两个阶段:第一个阶段是技术突破和标准制定,十二五期间增材制造相关的专利数量从 2011年的 5 个激增至 2016 年的 6564 个,打印材料、设备零件、产业标准等核心能力成长迅速。

第二个阶段是产业化的落地,2016年国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》,提出发展增材制造等技术,次年科技部公布《“十三五”先进技术领域科技创新专项规划》,将增材制造作为重点任务发展,3D打印成为国家重点资助领域。2018年国内拥有约 90 多家涉及3D 打印业务的公司,近半数企业为2016年后进入市场。目前,我国在选区激光熔化(SLM)等金属 3D 打印技术和设备制造上,已经达到世界先进水平。

透视我国金属3D打印两个产业化阶段的发展概况

 成本下降推动产业化进程

l 契合工业级应用,潜力大、成长快

金属3D打印可服务于高端制造业金属部件的制造,颠覆性强、发展潜力大。非金属 3D 打印通常使用塑料、树脂材料等,金属3D打印通常使用各类合金粉末和线材。

金属3D打印除了具备无模化可定制优势外,能够完成传统工艺无法制造的高复杂度高精密度零部件的打印,具有良好的发展潜力。金属3D打印在航空航天、医疗的义齿和植入体制造、汽车等应用领域具有广阔前景。

直接金属3D打印工艺原理主要分为粉末床熔化和定向能量沉积两大类别。1)粉末床熔化技术主要包括选区激光熔化技术(SLM)、电子束选区熔融技术(EBSM);2)定向能量沉积技术包括激光近净成形技术(LENS)、电子束熔丝沉积技术(EBDM)、直接金属沉积技术(DMD)等。

总的来说,各技术间存在替代和互补的关系,但粉末床熔化技术路线由于更高的成型质量,目前应用更为广泛。根据 Wohlers 对2018年度全球36 家主要的金属 3D 打印企业统计,其中采用粉末床选区熔化技术为 18 家,采用定向能量沉积技术为 8 家,合计占比达到 72%。目前粉末床激光熔化是高精度、高质量金属件加工领域主流的工艺技术,LENS 是大型复杂金属件领域领域主流的工艺技术。

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根据AMPower 的报告,全球范围内,粉末床金属3D打印系统(Metal PBF)的销售收入占比最大, 2020年占39%,预计2025年占34%。

金属3D打印设备及耗材价值量占比接近全行业的一半。从设备端看,金属3D 打印机价值量占比为49.5%,位居全行业首位,其次分别为塑料打印机、桌面打印机等产品。从材料端看,金属耗材占比为 39.4%,低于塑料的 46.5%,也低于设备端的占比,主要由于金属打印的产业化正处于快速扩张阶段,设备端的增长领先于材料消耗的增长。

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© 来源:未来智库

以金属3D打印为代表的高价值量设备成为销售增长的主力。根据工信部数据,2017 年国内出货的3D打印机95%是个人或桌面打印机,工业级只占 5%,但从销售收入来看,工业级 3D 打印机占总收入的 80%,工业级3D打印的占比在 2018 年进一步扩大。3D 科学谷对中国市场的调研数据也显示,目前高端工业级 3D 打印设备的采购正在成为主流,44.1%的被调查企业采用的是10 万美金(单台)以上的 3D 打印设备。Sculpteo 调研了1000 多家应用 3D打印的公司,从打印材质来看,2018年塑料的运用率高达 65%,但却从 2017 年的 88%下降了 23%,唯一增长的材料是金属,其需求从 2017 年的 28%增长到了 2018 年的 36%。《金属3D打印行业前瞻分析报告》认为,以金属3D打印产业化应用加速为契机,高价值量的工业级3D打印机的销售规模持续扩大,3D打印正往高端制造市场渗透。

主流打印技术专利保护陆续到期,产业化加速

3D 打印设备核心专利到期,成本下降推动产业化进程。全球3D打印专利申请的高峰期在 2007年,其中主流技术的核心发明专利申请时间主要在1998 年以前。专利到期意味着个别厂商专利垄断的结束,降低了技术使用成本和企业进入 门槛,对于3D 打印设备和产品的进一步大众化和产业化是利好的。

粉末床熔融工艺核心技术专利陆续到期,推动了金属3D打印设备加速普及。其中,粉末床激光熔化(SLM )系列技术专利于2016年陆续到期,其专利到期预计将通过专利授权费用的减少而极大降低厂商的技术应用成本,并使得更多厂商能够更低的成本应用该技术,金属3D打印有望加速普及。

随着核心技术专利到期,金属3D打印近年来商业化明显提速。从应用角度,非金属材料的商业化更早,但随着金属打印技术逐步成熟、以 SLM 技术(2016 年 12 月到期) 为代表的专利陆续到期,其商业应用近年来开始加速。根据 Wohlers、Gartner 等研究机构判断, 近三年内全球增材制造增速将维持在 20%-30%的增长水平,其中金属3D打印受工业级3D打印需求的驱动将维持在 40%的增长水平。

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© 来源:未来智库

2009 年后中国专利申请数量超过美国,国产化加速,专利布局集中在提升可靠性和降低成本。从专利分布看,无论中美两国,提高打印工艺可靠性和降低打印设备和打印工艺成本均是最主要的技术研发方向,这反映了行业在大力推动产业化的同时新的工艺技术依然在快速革新,这也体现在了3D打印行业现阶段技术的多元化和互补性,尚未有单一的技术占据主导地位。

对比中美总量差异,中国的专利数量大幅超过美国,一方面说明国内3D打印行业正处于高速发展阶段,另一方面也有国外企业在中国进行专利布局的因素。对比中美结构差异,中国专利分部在打印工艺可靠性方面数量不及美国,但在降低设备和工艺成本以及提升设备可靠性方面数量远超美国。前者主要是因为3D打印技术起源于美国,美国在基础性专利和工艺革新方面在全球起主导作用。后者主要是因为中国设备制造企业在近几年进入高速发展通道,相关专利的布局略微落后于美国。

专利到期、国产替代背景下,设备零部件和打印原材料采购单价逐年下降,产业化条件愈发成熟。以铂力特为例,其打印设备的核心零部件光纤激光器主要从 IPG 采购,单价从2016年的 14.5 万元大幅下降至 2018年的11.2 万元,这与锐科激光等国产优质供应商的崛起有密不可分的关系。诺雅光电的振镜也由2016 年的3.0万元降低至 2018 年的1.8 万元,带动设备成本大幅降低,提升了产品盈利能力和市场开拓能力。打印材料方面,价格下降也较为明显,例如其中某种规格20~53μm的金属粉末由2016 年的2506元下降至2018 年的1049 元,进一步降低金属打印的产业化应用门槛。

耗材需求弹性大,高端金属粉末逐步实现国产替代

原材料是金属3D打印的制造成本中占比最大的一部分。DigitalAlloys 以钛粉末(6Al-4V)为例,对于SLM、EBM、DED、Binder Jetting、Digital Alloys 等金属3D打印工艺的制备成本进行统计,发现每千克产品的打印成本中原材料成本是占比最高的(除 SLM 工艺外),同时随着成型精度、成型质量、打印时间的增长,设备、维护和人工的占比逐步提升,在SLM工艺中,设备、维护和人工成本是占比最高的,其中也有专利保护因素,但是在打印效率越来越高、 规模效应越来越明显的趋势下,材料成本占比将进一步提升。根据 IDTechEx 预测,到 2028 年金属 3D 打印全球规模有望达到 120 亿美元,其中超过 90%是由打印材料贡献的

规模化生产中打印材料占据最大部分的产值,金属打印原材料要求高,其成本和供应能力是制约3D打印发展的瓶颈之一。金属粉末是3D打印产品具有良好性能的关键,所使用的金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低。便宜的耗材无法制备高性能产品,无法向附加值更高需求更迫切的工业制造领域推广;而高端耗材售价高昂且供应能力有限,直接推高了 3D打印技术应用的成本,尤其是金属打印领域材料成本占比非常高,随着设备成本的降低材料已逐渐成为商业化和规模化生产推广的一大制约因素。

打印材料愈发受到重视,打印设备商和材料制造商纷纷设立独立的 3D打印材料部门。近年来,随着3D打印商业化应用持续推广,打印材料的重要性愈发凸显:一方面打印材料逐渐由打印设备的配套部门转变为独立业务部门。另一方面,2016年以来全球大型材料制造商成立了专门的3D打印部门,如巴斯夫、杜邦等传统材料企业纷纷开始布局专用材料领域,说明3D打印的产业应用价值已经得到广泛认可,随着商业化生产规模的持续扩大,更具增长弹性的材料端开始发力,尤其是处于产业化应用初期且技术难度较大的金属专用材料领域。

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Raise3D 推出MetalFuse 金属3D打印系统,该系统基于金属熔丝制造,属于一种间接金属3D打印技术。其3D打印材料采用巴斯夫旗下3D打印解决方案品牌Forward AM 的Ultrafuse(R) 金属线材。

© Raise3D

国内3D打印金属材料企业成长迅速, 但限于发展历史较短,产品集中于中低端领域。目前国内已经开发出钛合金、高强钢、铝合金、镍基合金、尼龙粉末、碳纤维复合材料、玻璃微珠复合材料等近百种牌号专用材料,材料品质性能、种类逐步提升。

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倍丰科技创始人、澳大利亚工程院吴鑫华院士领导的莫纳什大学研究团队研发的Al250C 高强高韧3D打印专用铝合金材料。

© 倍丰科技

目前国内的基础3D打印材料已基本满足国产设备的增材制造需要,但高性能金属粉末耗材依然依赖进口,国产材料在纯净度、颗粒度、均匀度、球化 度、含氧量等对打印成品性能影响较大的原料指标方面相比国外仍存在较大的差距。

根据3D科学谷的最新市场观察,这一局面正被逐渐打破,受益于基础研究的沉淀以及科研成果转化,国内高性能金属粉末材料呈现出良好的发展势头。

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上海交大特种材料研究所增材制造团队研发的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料及增材制造技术,在航空航天等领域得到应用。

© 3D科学谷《3D打印与中高等教育及科研白皮书》

德国的 EOS、 TLS,瑞典的 Arcam、Hoganas、Sandvik,比利时的 Solvay 等金属3D打印耗材供应商多数成立于2000年以前,在粉末冶金或金属打印设备领域有较强的技术积淀。国内目前能提供高质量金属粉末的公司包括中航迈特、飞而康、塞隆金属、西安欧中、铂力特以及宝航新材料、钢研高纳、顶立科技等,这些公司或相关业务多数成立于 2010 年以后,近年来发展较快。伴随金属 3D 打印产业化的快速推进,金属粉末作为后市场,其需求会越来越强劲,在国家自主可控大背景下,高端金属打印材料的短板有望弥补。

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© 来源:未来智库

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尺寸:180×185×285mm;增材制造设备:BLT-S310;铂力特TA15高温钛合金材料。

© 铂力特

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 由设计研发转向直接制造,产业化需求逐步释放

航空航天、医疗(牙科、植入物)是金属3D打印产业化前景最明确的市场,汽车、工业机械、消 费电子市场弹性大。从目前全球的金属3D打印设备装机量占比来看,各个主要应用市场分布总体比较均衡,其中航空航天市场的装机量占比相对最高,其次是医疗、牙科、工业机械、消费电子、科研机构以及汽车领域。

其中,科研机构将在未来3年对3D打印设备的需求起到重要拉动作用。根据3D科学谷全球战略合作伙伴AMPOWER, 预计到2025年, 全球金属3D打印设备的最大销售收入将来自于大学与科研机构,该领域的销售收入将超过30亿元人民币,所占销售收入的比例将从2020年的9%增长至2025年的15%。

航空航天、工业机械、消费电子、汽车等领域存在一定的规模化需求,尤其是这些板块本身产值大且尚处于3D打印的应用初期,未来具备较高的增长弹性。IDTechEx 预测到 2028 年,金属3D打印市场全球规模有望达到120亿美元,其中航空航天由于兼具需求确定性和规模化生产要求,有望成为增长最快且规模最大的应用领域。

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根据AMPower的报告,金属3D打印系统在商用航空、燃气轮机领域的占比为8%,航天、军工领域的占比15%,共计23%。

l 航空航天:应用契合度高,兼具确定性与规模化需求

航空航天工业市场需求潜力大,增长确定性高。航空航天是金属3D打印技术应用的主要推动者,行业对增材制造接受程度高,已经具备较大的产业规模,目前正在从原型设计往直接制造发展。据 Wohlers 曾对全球82家服务提供商和 28 家系统制造商统计数据显示,零部件直接制造占其营业收入的比例逐年提升。

作为传统锻造技术的有力补充,金属3D打印存在替代潜力,传统锻造技术难以做到飞机结构件一体化制造、重大装备大型锻件制造、难加工材料及零件的成型、高端零部件的修复等,3D打印可以有效减轻结构重量、提高制造效率、降低生产成本,因此非常契合航空航产业的需求。当前,航空航天零部件产业产值规模超过 1,500 亿美元,其中3D打印市场规模约 17.6亿美元,份额占比尚不足1.2%,未来市场空间巨大。据Research and Markets预测,2017-2021 期间全球商用航空3D打印市场将以 23%的复合年增长率增长。

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© 来源:未来智库

航空航天领域金属3D打印应用于直接制造的优势在于:

1) 缩短新型航空航天装备及零部件的研发周期:金属3D打印无需研发零件制造过程中使用的模具,让高性能金属零部件,尤其是高性能大结构件的研发、制造流程大为缩短。一些需要单件定制的复杂部件用传统工艺制作的周期过长,打印工艺制造速度快,成形后的近形件仅需少量后续机加工,可以显著缩短零部件的生产周期。美国宇航局马歇尔太空飞行中心通过3D 打印制作火箭喷射器,制造时间明显缩短,仅花了 4 个月的时间,成本削减了大约 70%。

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© 3D科学谷《3D打印与航天研发及制造业白皮书》

2) 复杂结构设计得以实现:金属3D打印具有高柔性、高性能灵活制造特点,可实现靠传统制 造难以实现的复杂几何结构。同时,3D打印工艺能够实现单一零件中材料成分的实时连续变化,使零件的不同部位具有不同成分和性能,是制造异质材料(如功能梯度材料、复合材料等)的最佳工艺,这大幅提升了航空航天业的设计和创新能力。

3) 满足轻量化需求,减少应力集中,增加使用寿命:金属3D打印技术的应用可以优化复杂零部件的结构,在保证性能的前提下,将复杂结构经变换重新设计成简单结构,从而起到减轻重量的效果。而且通过优化零件结构,能使零件的应力呈现出最合理化的分布,减少疲劳裂 纹产生的危险,从而增加使用寿命。空客 A320 一个3D 打印活页零件就可以减重10公斤左 右,F16 战机 3D 技术制造的起落架平均寿命是原来的 2.5 倍。

4) 提高材料的利用率,降低制造成本:加工一个发动机叶盘,传统工艺制造属于“雕刻”,最 终材料的利用率只有 7%。但是采用 3D 打印技术能提高材料的利用率到 60%,甚至到 90%以上,航空航天制造领域大多使用价格昂贵的战略材料,比如像钛合金、镍基高温合金等金属材料,3D打印技术可以节省昂贵原材料,显著降低制造成本。韩国空军利用3D打印技术制造其 F-15K 战斗机喷气发动机的高压涡轮机盖板,将成本从 4000 万韩元(3.4 万美元)减 少到 300 万韩元,还将欧洲制造的运输机扬声器罩的制造成本从 621 美元降低至 35 美元。

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© 来源:未来智库

金属增材制造技术可以有效解决钛合金、镍基高温合金等难加工金属的制备问题。随着军民用飞机性能的不断提升,机体结构钛合金用量也持续提升,民机由不到 4%上升到接近 10%,歼击机由 F-16 的3%增加到了 F/A-18 的 15%以及 F-22 的钛合金的 41%。但受钛合金难熔难加工的影响, 传统“锻造+机械”的制造工艺不仅制造工序繁多、工艺复杂,而且需要大型钛合金真空铸锭炉、万吨级以上液压锻造机等重型装备,零件机械加工余量大、材料利用率低、制造成本高、生产周期长,严重制约了大型钛合金结构件在先进工业及国防装备中的广泛应用。发动机镍基高温合金则存在传统工艺一致性差、加工时长、修复困难等问题,3D打印凭借其自动化、无模化、增材制造的工艺特点,可以有效解决上述制备难题,有望成为航空航天产业未来主流的金属加工制造方式。

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GF 加工方案卫星支架批量生产完整增材制造解决方案

© 3D科学谷《3D打印与航天研发及制造业白皮书》

国际上金属增材制造在航空航天领域已逐步转入规模化应用阶段。波音公司截至 2018 年底已在16架商用和军用飞机上安装了数万个增材制造零件(包括 200 个非金属零件),并开始生产钛合金增材制造零件,预计投入后将使每架飞机最高节省 300 万美元;空客公司在其飞机上使用金属增材制造的支架和排气管,目前正与Arconic 合作量产大型增材制造机身组件,2017 年 9 月首次在商用飞机上安装钛合金制造的支架。GE 目前已有 800 多台3D打印机正在使用,每年使用金属增材为其新型 LEAP 发动机制造数千个燃料喷嘴。

国内金属3D打印在航空航天领域的应用近年来发展较快,但产业化相比国外仍有差距。2013 年王华明院士以“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获国家技术发明奖一等奖。表明我国成为继美国之后,世界上第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成形技术的国家。西北工业大学凝固技术国家重点实验室制造的C919飞机主承力梁试验样件长度 5 米,中央翼缘条试验样件长度超过3米。2015 年成功发射浦江一号,在国内卫星上首次采用了 3D 打印钛合金材料的天线支架。

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© 3D科学谷《3D打印与中高等教育及科研白皮书》

国内金属3D打印技术虽然已得到较多应用,但目前更多是作为关键部位攻关、试验件制备或者小批量产品应用。伴随供应端国产能力的提升以及需求端应用的推广,未来产业化或将提速。

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© 3D科学谷《3D打印与航天研发及制造业白皮书》

装备换代叠加发动机国产替代,航空航天领域需求量逐步释放,金属增材技术具备广阔空间。发动机方面,从 2014 年开始,我国发动机进口量逐渐减少,国产发动机逐渐成为主力,发动机零部件精密度高,性能要求严苛,外形结构复杂,对 3D打印的需求较为迫切。飞行器方面,近年20系列产品批产陆续定型,装备换代逐步提速,3D打印在难加工金属结构件领域的应用以及构件修复方面具备较大潜力。此外,未来 C919 等国产机型的批量交付将打开万亿级的民航市场,3D 打印技术在双曲面窗框、翼根、起落架等关键部位都有望得到大规模的应用。

医疗行业:齿科骨科需求庞大,有望形成规模化定制市场

3D打印在齿科、骨科、医疗器械市场应用成熟度高。3D 打印技术在医疗领域的应用主要可以分为四个层次。第一个层次是无生物相容性要求的材料,不会直接和细胞等直接产生接触或反应,典型案例包括骨科手术导板等,材料较为多样化;第二个层次是具有生物相容性但非降解材料,主要使用钛合金、钴铬合金等材料;第三个层次是具有生物相容性,且可降解的材料,典型案例包括骨、皮肤组织工程支架,该类打印材料中含有磷酸钙,更容易融合转化;第四个层次是活性细胞、蛋白及细胞外基质,主要着眼于打印人体器官及组织。

目前3D打印应用最为广泛的主要是第一、二个层次的需求,相对来说在实用价值和技术成熟度上具备较高可行性。目前应用最广泛的包括两大领域:1)个性化假体的制造,可用在骨科、齿科、整形外科等;2)复杂结构以及难以加工的医疗器械制品,包括植入物与非植入物,如多孔结构的髋关节、模拟人体器官的医用模型等。

3D打印技术能够满足医疗制品定制化、精准化需求,具有效率高和节约成本的优势。设计即制造,以及数字化生产方式非常契合定制化、高时效性的医疗行业需求。以口腔医学为例,一台3D打印设备可替代月产1万颗义齿生产线的全部人工,减少人工成本,并有助于提升产品品质。市场研究机构 Transparency Market Research 的报告显示,2016 年全球牙科 3D 打印市场规模 达 9.03 亿美元,2025 年将达到 34.41 亿美元,年复合增长率达到 16.5%。

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© 3D科学谷《3D打印与骨科植入物白皮书》

金属3D打印医疗植入物逐渐成熟,医疗领域有望形成规模化定制市场。从事医疗3D打印,尤其是医疗植入物领域,通过 FDA 认证或 NMPA 认证是最大的难点,审核严、周期长、费用高。国外医疗器械巨头从 2001 年起就已开始布局 3D 打印医疗植入物市场,积极开拓新技术、申请产品证,在小批量定制的基础上逐渐往产业化方向发展。目前通过 FDA、NMPA 认证的 3D 打印植入物产品已经越来越多,国内爱康医疗的膝关节、髋臼杯、人工椎体等也相继获得审批,居国内销量占率第一。随着产品增加、商业模式逐渐成型、医疗器械巨头采购使用 3D 打印设备将越来越多, 有望形成医疗领域的规模化定制市场。

其他行业:集中于设计研发环节或高端定制领域

汽车产业自身规模庞大,3D打印哪怕只占据 1%的份额也能带来百亿市场空间。目前 3D打印在汽车工业的应用规模为 11.74 亿美元,主要用于研发环节,直接制造仅占 30%。

当前,传统汽车制造环节产能固定切入难度大,3D打印在普通金属标准件的规模化生产领域目前还不具备成本和效率优势,直接制造环节具备较高可行性的方向主要包括个性化外观组件定制(以宝马和标致汽车为代表)和复杂功能零件生产(以通用汽车为代表)两个方向。

此外,随着新能源汽车市场的蓬勃发展,轻质化、一体化需求增强,且产品跌代速度较快,3D打印有望凭借独特优势切入新产业链。保守估计,3D打印未来即使只在每年过万亿美元的汽车研发、生产环节中占有 1%的份额,其每 年的市场规模也能超过百亿美元。Frost & Sullivan 市场调查报告预测,汽车 3D 打印的市场规模有望于 2025 年达到 43 亿美元。

汽车行业的金属3D打印的应用优势有两方面:1)无模化,加速迭代过程,减少研发成本;2)对产品的复杂性成本不敏感,适合创新颠覆产品的设计。将 3D 打印应用于汽车个性化制造领域的典型案例是宝马集团 MINI 汽车,2018 年开始 MINI 通过 3D 打印技术提供汽车零部件个性化定制服务。2018年通用汽车和 Autodesk 合作重新设计了汽车座椅支架,新设计比原来的部件轻 40%、 强 20%,将八个不同的部件整合到一个增材制造部件中。Conflux 公司通过 3D打印对热交换器进行功能集成化的设计,使部件数量减少 2/3,交换器的尺寸减小 55 毫米,重量减轻 22%,还减少了热交换器所需的部件和对焊接的需求。

透视我国金属3D打印两个产业化阶段的发展概况

3D打印在工业制造中的应用较为分散,主要面向高端零部件领域。金属3D打印已经广泛用于模具行业,液压、燃气轮机、核工业、刀具、再制造等等,但受成本和生产效率的限制,主要在高端、高附加值部件上应用。满足了工业制造领域对结构复杂产品的制造需求,提高产品性能,并适合小批量、研发到生产周期长的高端部件,与汽车领域相似,目前工业机械领域金属3D打印市场放量的瓶颈在于3D打印成本高、批量生产效率低。

我国高端模具依赖进口,3D 打印是实现国产替代的有利契机。受工业制造领域产业升级驱动,高端模具国产化需求迫切,3D 打印模具具备众多优点,包括:1)模具生产周期缩短;2)制造成本降低;3)模具设计的改进为终端产品增加了更多的功能性如随形水冷等;4)优化工具更符合人体工学和提升最低性能;5)定制模具帮助实现最终产品的定制化,提升注塑模具的生产效率以及模具寿命。高端模具中, 国内具备立体热流和冷却水道模具制作能力的厂家屈指可数,内部结构复杂的随形冷却模具有望成为 3D 打印应用的主要方向之一。

透视我国金属3D打印两个产业化阶段的发展概况

模具大厂东江模具通过GF加工方案的嫁接3D打印技术,实现智能手表包装盒零件注塑模仁的生产。

3D打印在消费品行业的应用主要集中在产品设计和开发环节。消费品行业涵盖范围较广,主要包括手机、电子产品、电脑、家电、工具和玩具等行业。消费品行业具有产品生命周期短,更新换代快的特性,需要持续不断的开发和投入。借助3D打印可以缩短产品开发周期,大幅削减设计成本,现有的3D打印技术可以实现各种复杂设计的模型制作,赋予设计师更多的自由,产品设计 水平大幅提升。但由于 to C 的消费品行业对于价格的敏感度较高,因此阶段 3D打印技术依然难以胜任规模化批产的任务。根据3D科学谷的市场观察,光固化、粉末床塑料3D打印技术在运动防护器械、高端汽车座椅等有着具有高附加值属性的产品制造领域,已探索出通往量产之路的技术及应用逻辑,但本文重点在于金属3D打印技术的发展,深入了解该领域的发展请前往《3D打印与塑料白皮书》。

透视我国金属3D打印两个产业化阶段的发展概况

 依托成本和市场优势,3D打印国产化发展迅速

国际老牌龙头地位稳固,后起企业快速发展

全球金属3D打印机领域新老企业并存,竞争激烈。老牌厂商:如EOS、SLM solution、GF 加工方案(其金属3D打印技术合作伙伴为3D Systems)等老牌3D打印巨头,在早期引领了产业的发展,凭借专利优势拥有十几年甚至二十多年的技术积累,已经拥有较高的市场份额和客户认知度。

金属打印集中度较高,老牌巨头的市场地位稳固。全球有 7 家主要企业占据金属3D打印的 80%以上。2010 年以后由于专利到期等因素影响,打印企业数量增长较快,但由于金属打印领域对技术和资金的要求较高,且下户更多面向工业级市场,尤其是 Concept Laser 等与客户(2016 年被 GE 收购)高度绑定的公司, 因此老牌巨头的市场地位相对稳固。反之众多小规模3D打印企业仍处于微利或亏损状态,面金属3D打印主要面向 B 端客户,形成稳定的客户群体有赖市场的逐步开拓和品牌效应的形成;另一方面早期在政府的扶持下涌现了大批的初创企业,导致中低端市场的竞争较为激烈。

金属 3D打印发展至今,以粉末床熔化和定向能量沉积这两大类最为常见。此外,根据3D科学谷的市场观察,新的工艺实现方式依然不断涌现,其中典型的是以粘结剂喷射(Binder Jetting)技术为代表的间接金属3D打印技术,国际上典型代表企业包括Exone(被Desktop Metal 收购)、HP,国内代表企业如武汉易制。

透视我国金属3D打印两个产业化阶段的发展概况

《深度透视金属粘结剂喷射金属3D打印材料与应用发展》

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国内企业逐步从代理走向自产,目前仅少数企业实现稳定盈利。早期国内 3D 打印厂商起步于代理销售海外产品,通过代理国外厂商产品、与国外厂商开展合作,国内厂商迅速提升技术水平、产业经验和客户积累。随着自有技术和产品的不断开发,国内头部企业已逐步成长起来,具备了一定的市场规模。例如根据《金属3D打印行业前瞻分析报告》,在中国市场份额中,国外品牌占 37.6%,国内联泰科技(树脂)、华曙(塑料/高分子材料及金属)、铂力特(金属)分别占16.4%、6.6%和 4.9%。其中铂力特专注于金属3D打印市场,产品在航空航天领域已经得到广泛使用,拥有稳定的客户群体。但是由于国内 46%以上企业为 2016 年后进入市场,传统企业跨行涉足、新创企业不断孕育,企业尚未实现盈利。

占据全球制造中心和最大消费市场的便利,国内企业在成本端和需求端均具备优势。3D 打印作为技术密集型行业,材料、设备、工艺技术的好坏是决定公司市场竞争力的重要因素之一。国内作为后来者,技术积淀不足,在基础工艺上的创新能力相对薄弱,凭借全新技术打开市场的难度较高。过去二三十年 3D打印的市场份额多数都被拥有专利技术的老牌3D打印厂商掌控,专利技术的到期固然给新进入者开了一道口子。国内企业应当在努力弥补技术短板创新应用工艺的同时,挑选优质市场绑定优质客户,在形成稳定现金流的前提下,才能进一步参与全球竞争。国内企业占据全球制造中心和最大消费市场的便利,在成本端和需求端均具备优势,向上可以提升设备/材料的盈利能力,向下可以与航空、医疗等行业共同成长,绑定优质客户,在这两方面能力突出的企业往往更具备竞争优势和可持续发展能力。

✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

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