打印设备是最重要的产业链环节，为3D打印提供基础设备和产品成型原料，这两项是决定产品的重要因素；方案提供商是3D打印流程的实现者，提供设计到成型全程的运营服务。原材料：目前3D打印成熟使用的材料有限，ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料等耗材是可以使用主要的材料。不过未来可使用的材料已经越来越多，例如：Xerox PARC公司正在研发传感器、晶体管等电子产品的打印材料，一旦成功，将意味着消费者可以自行设计打印手机或者MP3等。
3D打印机：随着原来的巨型机转向了桌面机，设备价格也从几百万美元降到几千美元，可打印的物品精度也在逐步提高，打印机的使用价值逐渐凸显，因此，三年前尚处于技术前沿的3D打印如今已成制造业中的新兴战略领域
方案服务：方案提供商提供设计到成品的流程服务，包括硬件和软件。现在的模型设计以CAD软件为主，结合其他的三维建模软件，实现设计层面的服务化；而随着开源硬件的推广，方案服务商可以使用契合用户购买能力的方案去推送硬件服务。
1.2.2 产业链发展难点
在3D打印的现阶段发展当中，还是会遇到非常多的问题。其中主要问题有以下几点：
1、价格因素
大多数桌面级3D打印机的售价在2万元人民币左右，一些国内的仿制品价格可以低到6000元。但是据3D打印机代理商透露，国产的3D打印机虽然价格低，但质量很难保障。
对于桌面级3D打印机来说，由于仅能打印塑料产品，因此使用范围非常有限，而且对于家庭用户来说，3D打印机的使用成本仍然很高。因为在打印一个物品之前，人们必须会懂得3D建模，然后将数据转换成3D打印机能够读取的格式，最后再进行打印。
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2、原材料
3D打印不是一项高深艰难的技术。它与普通打印的区别就在于打印材料。 以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已经可以使用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料，两种材料的混搭使用、上色也已经是现实。但是，这些材料种类与人们生活的大千世界里的材料相比，还相差甚远。不仅如此，这些材料的价格便宜的几百元一公斤，最贵的要四万元左右。
3、社会风险成本
如同核反应既能发电，又能破坏一样。3D打印技术在初期就让人们看到了一系列隐忧，而未来的发展也会令不少人担心。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。
4、著名的3D打印悖论
3d打印是一层层来制作物品，如果想把物品制作的更精细，则需要每层厚度减小；如果想提高打印速度，则需要增加层厚，而这势必影响产品的精度质量。若生产同样精度的产品，同传统的大规模工业生产相比，没有成本上的优势，尤其是考虑到时间成本，规模成本之后。
5、整个行业没有标准，难以形成产业链
21世纪3d打印机生产商是百花齐放，如战国时代。3D打印机缺乏标准，同一个3d模型给不同的打印机打印，所得到的结果是大不相同的。此外，打印原材料也缺乏标准，2012-2013年3d打印机厂商都想让消费者买自己提供的打印原料，这样他们能获取稳定的收入。这样做虽然可以理解，毕竟普通打印机也走这一模式，但3d打印机生产商所用的原料一致性太差，从形式到内容千差万别，这让材料生产商很难进入，研发成本和供货风险都很大，难以形成产业链。表面上是3D打印机捆绑了3D打印材料，事实上却是材料捆绑了打印机，非常不利于降低成本和抵抗风险。
6、意料之外的工序：3d打印前所需的准备工序，打印后的处理工序
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很多人可能以为3d打印就是电脑上设计一个模型，不管多复杂的内面，结构，摁一下按钮，3d打印机就能打印一个成品。这个印象其实不正确。真正设计一个模型，特别是一个复杂的模型，需要大量的工程，结构方面的知识，需要精细的技巧，并根据具体情况进行调整。用塑料熔融打印来举例，如果在一个复杂部件内部没有设计合理的支撑，打印的结果很可能是会变形的。后期的工序也通常避免不了。媒体将3d打印描述成打印完毕就能直接使用的神器。可事实上制作完成后还需要一些后续工艺：或打磨，或烧结，或组装，或切割，这些过程通常需要大量的手工工作。
7、缺乏杀手锏产品及设计
都说3d打印能给人们巨大的生产自由度，能生产前所未有的东西。可直到2012年，这种“杀手”级别的产品还很少，几乎没有。做些小规模的饰品，艺术品是可以的，做逆向工程也可以的，但要谈到大规模工业生产，3d打印还不能取代传统的生产方式。如果3d打印能生产别的工艺所不能生产的产品，而这种产品又能极大提高某些性能，或能极大改善生活的品质，这样或许能更快的促进3d打印机的普及。可2012-2013年3d打印机这方面并不尽如人意。
1.2.3 产业链进入壁垒
“材料瓶颈已经成为限制3D打印发展的首要问题。因为未来3D打印的真正发展将在高端领域即工业应用,而目前高端打印材料的发展尚无法满足3D打印技术发展的需要。”浙江省钎焊材料与技术重点实验室副主任、浙江亚通焊材有限公司高级工程师刘平表示。
随着3D打印越来越受到人们的关注,相关问题也随之浮出水面。专家表示,要冷静看待3D产业,防止一窝蜂涌入,从而步光伏产业的后尘。
材料种类少、问题多
3D打印主要由设备、软件、材料三部分组成,其中材料是不可或缺的环节。
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“而现在业界主要研究的是设备和软件,对材料研究还不够重视。”刘平说。
理论上来说,所有的材料都可以用于3D打印,但目前主要以石膏、光敏树脂、塑料为主,这很难满足大众用户的需求。
工业级的3D打印材料更是十分有限,目前适用的金属材料只有10余种,而且只有专用的金属粉末材料才能满足金属零件的打印需要。
需要用到金属粉末材料的3D打印为工业级打印机,即选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)技术。
“目前在工业级打印材料方面存在的问题主要是,第一,可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展;第二,打印流畅性不足;第三,材料强度不够;第四,材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾;第五是材料标准化及系列化规范的制定。
3D打印对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能要求很高。但目前还没有形成一个行业性的标准,因此在材料特性的选择上前期要花很长的时间。”刘平说。
价格高、研发难度大
根据不同的用途,金属材料制备的工件要求强度高、耐腐蚀、耐高温、比重小、具有良好的可烧结性等。同时,还要求材料无毒、环保;性能要稳定,能够满足打印机持续可靠运行。功能应该是越来越丰富,例如现在已对部分材料提出了导电、水溶、耐磨等要求。
另外,还有最重要的是经济性要好,简单说就是成本低,客户用得起。否则,很难在市场上大规模推广及应用。
原材料价格降低的的途径只能是关键技术的突破,但这难度比较大,在一些特殊领域要求非常高。比如在医学应用领域要做到无毒无害的同时还要做到生物相容性等,技术要求非常复杂,金属粉末的制备技术,即独特的雾化工艺和雾化制粉设备也都是难点。没有大量的研发攻关很难解决。
亚通公司在打印材料领域研发中已经经历了十多年时间,在雾化设备的国产
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化、独特的雾化工艺、雾化喷嘴设计的技术上都取得了一些关键性成果。
信息不对称、市场认可度低
“近年来,客户需求也在不断变化,要求越来越精细化,对材料的成分、工艺性、杂质含量等都要求更高。”刘平表示。
亚通焊材是国内钎焊材料行业的核心企业之一,特别在粉体的制备技术上拥有独特的优势,多年担任着中国电子材料协会副理事长单位,中国标准化技术委员会钎焊分会委员单位,也是多项国家标准的主要起草单位,拥有十多项国家发明专利。但是产品如何被市场认可和接受仍然是个大问题。
“主要是对国产材料的技术含量和水平不够信任。”刘平说在接触过程中了解到,企业普遍担心进口的国外机器比较贵,怕用国产材料损坏机器。关于这一点,刘平认为还是信息结构不对称造成的。目前国产高端材料在一定的领域已经取得了相当的成绩。歼-15总设计师孙聪在两会期间透露,钛合金和M100钢的3D打印技术,已被广泛用于歼-15的主承力部分,包括整个前起落架。
需求促使企业转型
“国内的材料行业竞争激烈,利润薄,单纯地拼价格已经没有多大意义,因此,我们也面临着转型升级的挑战,必须采用高新技术占领市场。”刘平说。
3D打印材料中以金属粉末应用市场最为广阔。因此,直接用金属粉末烧结成型三维零件是快速成形制造最终目标之一。由于各种金属材料的化学成分、物理性质不同,因此成型的机理也各具特征,对金属粉末的性能要求也更为严苛。
目前仅德国的EOS公司能生产出有限的几种金属粉末,如:不锈钢粉、铝硅粉、钛合金粉,但价格是传统粉体的10-20倍。“因此,这对于我们公司制粉研发部门来说正是一个契机,也是公司完成转型升级的一个先机。目前需要加强开展对现有材料的快速成形性相关研究,以满足快速成形技术的工业化需求。”刘平告诉记者。
“我们不可能永远用国外的设备,随着我国高端制造业的升级发展,国产化将
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2016-2020年3D打印行业 市场分析与发展报告
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目录
第一章 3D打印行业产业链及影响浅析 ................................. 21
1.1 3D打印基本界定 ............................................ 21
1.1.1 3D打印定义 .......................................... 21 1.1.2 3D打印原理 .......................................... 21 1.1.3 3D打印特点 .......................................... 22 1.1.4 3D打印优势 .......................................... 22 1.1.5 3D打印与传统制造对比 ................................ 24 1.2 3D打印产业链分析 .......................................... 25
1.2.1 产业链的构成......................................... 25 1.2.2 产业链发展难点....................................... 26 1.2.3 产业链进入壁垒....................................... 28 1.3 3D打印的宏观影响分析 ...................................... 31
1.3.1 对经济模式的影响..................................... 31 1.3.2 对生产成本的影响..................................... 32 1.3.3 对生产管理的影响..................................... 33 1.3.5 对制造业的影响....................................... 33 1.3.6 对世界制造业格局的影响............................... 34 1.4 3D打印的微观影响分析 ...................................... 35
1.4.1 加快产品开发周期..................................... 35 1.4.2 新的制造战略和设施................................... 35 1.4.3 提升产品和服务附加价值的方式......................... 36 1.4.4 调整新型材料的特性................................... 37 1.4.5 减少进入市场的成本................................... 38
第二章 2012-2014年全球3D打印产业发展分析 ......................... 39
2.1 全球3D打印产业总体状况.................................... 39
2.1.1 产业发展历程......................................... 39 2.1.2 行业发展态势......................................... 40 2.1.3 行业发展周期......................................... 41
2
2.1.4 产业规模状况......................................... 43 2.1.5 产业排名状况......................................... 43 2.1.6 市场消费调查......................................... 44 2.1.7 产业发展变化......................................... 47 2.2 全球3D打印行业发展格局分析................................ 51
2.2.1 产业区域格局......................................... 51 2.2.2 市场企业格局......................................... 51 2.2.3 应用领域格局......................................... 52 2.3 美国3D打印产业发展探析.................................... 54
2.3.1 全球地位状况......................................... 54 2.3.2 市场规模状况......................................... 55 2.3.3 鼓励政策状况......................................... 55 2.3.4 发展经验借鉴......................................... 56 2.4 其他国家/地区3D打印的发展................................. 59
2.4.1 德国................................................. 59 2.4.2 日本................................................. 60 2.4.3 英国................................................. 63 2.4.4 新加坡............................................... 64
第三章 2012-2014年中国3D打印产业发展环境分析 ..................... 66
3.1 经济环境分析............................................... 66
3.1.1 全球经济发展形势..................................... 66 3.1.2 全球经济环境对中国的影响............................. 67 3.1.3 中国宏观经济发展现状................................. 71 3.1.4 中国宏观经济发展趋势................................. 77 3.2 社会环境分析............................................... 77
3.2.1 人口环境分析......................................... 77 3.2.2 收入水平状况......................................... 78 3.2.3 科技投入状况......................................... 78 3.3 政策环境分析............................................... 79
3
3.3.1 鼓励政策............................................. 79 3.3.2 进出口政策........................................... 79 3.3.3 行业规划政策......................................... 80
第四章 2012-2014年中国3D打印产业发展深度分析 ..................... 81
4.1 中国3D打印发展战略意义.................................... 81
4.1.1 提高工业设计能力..................................... 81 4.1.2 利于攻克技术难关..................................... 81 4.1.3 形成新的经济增长点................................... 81 4.2 中国3D打印产业发展现状.................................... 82
4.2.1 行业发展态势......................................... 82 4.2.2 产业规模状况......................................... 83 4.2.3 企业格局分析......................................... 84 4.2.4 市场成本水平......................................... 85 4.2.5 企业盈利状况......................................... 86 4.3 中国3D打印产业供需主体分析................................ 87
4.3.1 市场供给主体状况..................................... 87 4.3.2 市场消费主体分析..................................... 88 4.4 中国3D打印产业化分析...................................... 91
4.4.1 产业化发展态势....................................... 91 4.4.2 产业化发展路径....................................... 92 4.4.3 产业化政策建议....................................... 93 4.5 中国3D打印产业集群发展阶段分析............................ 96
4.5.1 研发机构+企业产业集群................................ 96 4.5.2 技术溢出产业集群..................................... 96 4.5.3 分工型产业集群....................................... 96 4.6 中国3D打印行业发展面临的问题及对策........................ 97
4.6.1 国内外行业差距....................................... 97 4.6.2 行业存在的问题....................................... 97 4.6.3 产业快速发展建议..................................... 99
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4.6.4 行业政策建议........................................ 100
第五章 2012-2014年3D打印产业重点细分行业的发展 .................. 102
5.1 金属3D打印行业分析....................................... 102
5.1.1 主要技术............................................ 102 5.1.2 应用现状............................................ 103 5.1.3 成本结构............................................ 105 5.1.4 研发动态............................................ 106 5.1.5 中欧美的比较........................................ 107 5.1.6 发展前景分析........................................ 112 5.2 3D生物打印行业分析 ....................................... 113
5.2.1 行业发展态势........................................ 113 5.2.2 发展动力分析........................................ 116 5.2.3 行业领先企业........................................ 117 5.2.4 未来规模预测........................................ 117 6.2 2012-2014年3D打印产业整体运行指标分析 ................... 119
6.1.1 2012-2014年中国3D打印行业总体规模分析 ............. 119 6.1.2企业数量结构分析 .................................... 119 6.1.3人员规模状况分析 .................................... 120 6.1.3行业资产规模分析 .................................... 120 6.1.3行业市场规模分析 .................................... 120
第六章 2012-2014年中国3D打印产业区域格局分析 .................... 121
6.1 北京市3D打印产业发展分析................................. 121
6.1.1 行业鼓励政策........................................ 121 6.1.2 行业发展现状........................................ 122 6.1.3 行业发展动态........................................ 122 6.1.4 产业发展规划........................................ 123 6.2 陕西省3D打印产业发展分析................................. 127
6.2.1 产业发展态势........................................ 127 6.2.2 行业研究状况........................................ 129
5
第一章 3D打印行业产业链及影响浅析
1.1 3D打印基本界定
1.1.1 3D打印定义
3D打印，即快速成型技术的一种，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。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
1.1.2 3D打印原理
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。
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3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。[6] 3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
1.1.3 3D打印特点
3D打印带来了世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将会颠覆这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。
3D打印无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体， 从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。尽管仍有待完善，但3D打印技术市场潜力巨大，势必成为未来制造业的众多突破技术之一。
3D打印使得人们可以在一些电子产品商店购买到这类打印机，工厂也在进行直接销售。科学家们表示，三维打印机的使用范围还很有限，不过在未来的某一天人们一定可以通过3D打印机打印出更实用的物品。
3D打印技术对美国太空总署的太空探索任务来说至关重要，国际空间站现有的三成以上的备用部件都可由这台3D打印机制造。这台设备将使用聚合物和其他材料，利用挤压增量制造技术逐层制造物品。3D打印实验是美国太空总署未来重点研究项目之一，3D打印零部件和工具将增强太空任务的可靠性和安全性，同时由于不必从地球运输，可降低太空任务成本。
1.1.4 3D打印优势
来自各个行业、具有不同背景和专业技术水平的人用类似的方式描述，3D打印帮助他们减少主要成本、时间和复杂性障碍。
优势1：制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言，物体形状越复杂，制
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造成本越高。对3D打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式，并改变我们计算制造成本的方式。
优势2：产品多样化不增加成本。一台3D打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少，做出的形状种类有限。3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本，一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。
优势3：无须组装。3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人（甚至跨洲）组装。产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。3D打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链，不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短，污染也越少。
优势4：零时间交付。3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。
优势5：设计空间无限。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。3D打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。
优势6：零技能制造。传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能。批量生产和计算机控制的制造机器降低了对技能的要求，然而传统的制造机器仍然需要熟练的专业人员进行机器调整和校准。3D打印机从设计文件里获得各种指示，做同样复杂的物品，3D打印机所需要的操作技能比注塑机少。非技能制造
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开辟了新的商业模式，并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。
优势7：不占空间、便携制造。就单位生产空间而言，与传统制造机器相比，3D打印机的制造能力更强。例如，注塑机只能制造比自身小很多的物品，与此相反，3D打印机可以制造和其打印台一样大的物品。3D打印机调试好后，打印设备可以自由移动，打印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得3D打印机适合家用或办公使用，因为它们所需的物理空间小。
优势8：减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比，3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人，90％的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。
优势9：材料无限组合。对当今的制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料3D打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。
优势10：精确的实体复制。数字音乐文件可以被无休止地复制，音频质量并不会下降。未来，3D打印将数字精度扩展到实体世界。扫描技术和3D打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率，我们可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的副本或优化原件。
1.1.5 3D打印与传统制造对比
对比传统制造，3D打印技术有着众多优势，首先能够按照设计，随心所欲地生产，真正实现了个性化;其次它可以一次成型，快速制造，省去了传统工艺的多道工序;第三，采用了增量法而非传统的减量法，节省了原料，基本上没有废弃物产生。
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有设计师曾说“3D打印技术对时尚市场有着极大的影响潜力，这是一个将手工业与时装设计相结合的契机，一旦我们制作的机器能够满足时装制作的要求，人们只需要站在房间里进行3D扫描，一件衣服就做成了。”
3D打印是一场制造业的革命。目前，Adidas和Nike都已经将3D打印应用于生产领域了。而世界上最大的三个3D打印机制造商--德国的EOS、美国的3D Systems和美国以色列合资公司Stratasys的客户名单上都已经出现了Reebok、New Balance、Under Armour、Nike、Adidas。
1.2 3D打印产业链分析
1.2.1 产业链的构成
图表 1 3D打印产业链示意图
图表来源：相关资料整理
3D打印产业环节较少，这也是其有别于传统制造业的地方。打印原材料和
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11.5.4 中美技术对比....................................... 272 11.6 3D打印技术专利分析 ...................................... 275
11.6.1 全球技术专利状况................................... 275 11.6.2 国际技术专利竞争状况............................... 277 11.6.3 国内专利申请规模分析............................... 281 11.6.4 国内知名企业专利申请量分析......................... 283 11.7 中国3D打印技术研究机构分析.............................. 286
11.7.1 国内技术研究院校................................... 286 11.7.2 国内产业联盟状况................................... 298 11.7.3 国内产业基地建设状况............................... 298
第十二章 2012-2014年国际3D打印产业领先企业经营状况分析 .......... 302
12.1 Stratasys................................................ 302
12.1.1 公司简介........................................... 302 12.1.2 企业经营状况....................................... 303 12.1.3 主要产品及技术..................................... 303 12.1.4 企业投资动态....................................... 305 12.1.5 新品推出动态....................................... 306 12.2 3D Systems............................................... 306
12.2.1 公司简介........................................... 306 12.2.2 企业经营状况....................................... 307 12.2.3 产品及技术状况..................................... 308 12.2.4 产业链模式......................................... 310 12.2.5 企业投资动态....................................... 311 12.2.6 新品推出状况....................................... 312 12.2.7 企业发展动态....................................... 313 12.3 ExOne.................................................... 314
12.3.1 公司简介........................................... 314 12.3.2 主营业务结构....................................... 314 12.3.3 企业经营状况....................................... 314
11
12.3.4 企业发展动态....................................... 315 12.4 Voxeljet................................................. 316
12.4.1 公司简介........................................... 316 12.4.2 企业经营状况....................................... 316 12.4.3 企业发展动态....................................... 317 12.5 ArcamAB.................................................. 318
12.5.1 公司简介........................................... 318 12.5.2 企业经营状况....................................... 318 12.5.3 企业发展动态....................................... 319 12.6 Graphene 3D Lab.......................................... 319
12.6.1 企业简介........................................... 319 12.6.2 企业经营状况....................................... 319 12.6.3 企业发展动态....................................... 320 12.7 Organovo................................................. 321
12.7.1 企业简介........................................... 321 12.7.2 企业经营状况....................................... 321 12.7.3 企业发展动态....................................... 322 12.8 德国EOS公司（Electro Optical System）................... 322
12.8.1 企业简介........................................... 322 12.8.2 专利申请情况....................................... 323 12.8.3 企业发展动态....................................... 325 12.9 其他国际重点企业......................................... 327
12.9.1 Printrbot.......................................... 327 12.9.2 MakerBot公司 ...................................... 328 12.9.3 Full Spectrum Laser（FSL）公司..................... 329
第十三章 2012-2014年中国3D打印产业重点竞争主体分析 .............. 331
13.1 中航天地激光科技有限公司................................. 331
13.1.1 公司简介........................................... 331 13.1.2 企业经营状况....................................... 331
12
13.1.3 企业融资动态....................................... 337 13.1.4 企业发展动态....................................... 337 13.2 北京太尔时代科技有限公司................................. 338
13.2.1 公司简介........................................... 338 13.2.2 投资布局状况....................................... 338 13.2.3 企业发展动态....................................... 339 13.3 飞而康快速制造科技有限公司............................... 339
13.3.1 公司简介........................................... 339 13.3.2 企业经营状况....................................... 339 13.3.3 企业发展动态....................................... 345 13.4 深圳光韵达光电科技股份有限公司........................... 346
13.4.1 公司简介........................................... 346 13.4.2 企业经营状况....................................... 346 13.4.3 企业发展动态....................................... 352 13.5 其他重点企业............................................. 353
13.5.1 武汉滨湖机电技术产业有限公司....................... 353 13.5.2 紫金立德电子有限公司............................... 354 13.5.3 江南嘉捷电梯股份有限公司........................... 355 13.5.4 广东银禧科技股份有限公司........................... 355 13.5.5 江苏亚太轻合金科技股份有限公司..................... 356 13.5.6 杭州先临三维科技股份有限公司....................... 357
第十四章 2012-2014年3D打印产业投资机遇及风险建议分析 ............ 358
14.1 3D打印产业投资动态 ...................................... 358
14.1.1 国际投资状况....................................... 358 14.1.2 国内投资环境....................................... 359 14.1.3 国内投资状况....................................... 359 14.2 3D打印产业投资机遇分析 .................................. 360
14.2.1 专利到期带来的机遇................................. 360 14.2.2 市场需求机遇分析................................... 362
13
14.3 3D打印产业投资风险及建议 ................................ 363
14.3.1 产业投资风险....................................... 363 14.3.2 投资建议分析....................................... 364
第十五章 中研信息研究所对3D打印产业发展前景及趋势分析............ 365
15.1 世界3D打印产业前景及预测分析............................ 365
15.1.1 产业发展前景....................................... 365 15.1.2 市场规模预测....................................... 366 15.2 中国3D打印产业发展前景分析.............................. 367
15.2.1 行业整体发展展望................................... 367 15.2.2 未来发展重点....................................... 368 15.2.3 普及化期限展望..................................... 369 15.2.4 2016年产业发展展望 ................................ 370 15.3 中研信息研究所对2015-2020年中国3D打印产业发展预测分析.. 370
15.3.1 影响3D打印产业发展的因素分析...................... 370 15.3.2 中研信息研究所对2015-2020年中国3D打印产业规模预测分析.......................................................... 374 15.3.3 中研信息研究所对2015-2020年中国3D打印机市场销量预测分析........................................................ 375 15.4 3D打印产业发展趋势分析 .................................. 376
15.4.1 短期发展趋势....................................... 376 15.4.2 中期发展趋势....................................... 377 15.4.3 长期发展趋势....................................... 377
其他：中国个人3D打印设备2014年销售前十公司列表及介绍（排名不分先后）.................................................................. 379
1. 武汉滨湖机电技术产业有限公司............................... 379 2. 杭州先临三维科技股份有限公司............................... 382 3. 北京隆源自动成型系统有限公司............................... 384 4. 北京太尔时代科技有限公司................................... 388 5. 广东拓斯达科技股份有限公司................................. 392
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6. 陕西恒通智能机器有限公司................................... 393 7. 湖南华曙高科技有限责任公司................................. 396 8. 飞而康快速制造科技有限公司................................. 402 9. 南京紫金立德电子有限公司................................... 403 10. 江南嘉捷电梯股份有限公司.................................. 406
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图表目录
图表 1 3D打印产业链示意图 ............................................................................................. 25 图表 2 3D打印行业所处生命周期示意图 ...................................................................... 41 图表 3 2009-2014年全球3D打印市场规模趋势 .............................................................. 43 图表 4 2014年全球3D打印机制造商排名榜 ................................................................... 44 图表 5 2012-2014年美国3D打印产业市场规模状况 ...................................................... 55 图表 6 2012-2014年我国3D打印行业市场规模 .............................................................. 84 图表 7 3D打印制造成本核算的参数假设 ......................................................................... 85 图表 8 3D打印直接成本结构 ............................................................................................. 85 图表 9 2012-2014年中国3D打印产业盈利状况 .............................................................. 86 图表 10 国内主流3D 打印技术研发中心及产业化平台一览 ........................................ 87 图表 11 2012-2014年中国3D打印行业企业数量结构分析 .......................................... 119 图表 12 2012-2014年中国3D打印行业人员规模分析 .................................................. 120 图表 13 2012-2014年中国3D打印行业资产规模分析 .................................................. 120 图表 14 2012-2014年中国3D打印行业市场规模分析 .................................................. 120 图表 15 2012-2014年世界民用3D打印机销量状况 ................................................... 180 图表 16 2012-2014年中国民用3D打印机销量状况 ................................................... 183 图表 17 2012-2014年中国民用3D打印机价格分析 ................................................... 184 图表 18 国内快速成型系统主要科研机构 ...................................................................... 185 图表 19 2012-2014年世界工业级3D打印机销量状况 ............................................... 186 图表 20 工业级3D打印机市场份额（按制造商分类） ............................................... 188 图表 21 3D 打印下游应用格局 ........................................................................................ 215 图表 22 FDM结构示意图 ................................................................................................. 254 图表 23 光固化原理图 ...................................................................................................... 255 图表 24 3DP(三维打印)工艺原理 ..................................................................................... 256
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图表 25 SLS工艺原理图 ................................................................................................... 257 图表 26 2014年我国3D打印设备销售量占比（按技术划分） ................................... 259 图表 27 2014年我国3D打印设备销售金额占比（按技术划分） ............................... 260 图表 28 市场上各技术盈利性情况 .................................................................................. 260 图表 29 各类设备价格比较（打印空间 10~15 英寸见方） ........................................ 261 图表 30 各类设备价格比较（打印空间~30 英寸见方） .............................................. 261 图表 31 3D打印我国专利申请量变化 ............................................................................. 281 图表 32 3D打印设备的专利申请种类和法律状态构成 ................................................. 282 图表 33 我国3D打印领域申请人数变化 ....................................................................... 283 图表 34 我国3D打印领域专利类型及法律状态 ........................................................... 284 图表 35 3D打印技术领域前20申请人及其专利申请量 ............................................ 284 图表 36 我国3D领域专利申请量排行图 ....................................................................... 286 图表 37 Stratasys专利数量 ............................................................................................... 302 图表 38 2013-2014年Stratasys公司收入分析 ................................................................ 303 图表 39 2013-2014年Stratasys公司营运利润率 ............................................................ 303 图表 40 2013-2014年Stratasys公司净利润率 ................................................................ 303 图表 41 2013-2014年3D systems公司收入分析 ............................................................ 307 图表 42 2013-2014年3D systems公司营运利润率 ........................................................ 307 图表 43 2013-2014年3D systems公司净利润率 ............................................................ 307 图表 44 3D Systems 生产的打印设备 ............................................................................. 308 图表 45 3D systems产品 ................................................................................................... 308 图表 46 3D systems在2009年以来的部分收购 ............................................................. 311 图表 47 2013-2014年ExOne公司收入分析 ................................................................... 314 图表 48 2013-2014年ExOne公司营运利润率 ............................................................... 315 图表 49 2013-2014年ExOne公司净利润率 ................................................................... 315
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图表 50 ExOne 四个领域客户.......................................................................................... 315 图表 51 2013-2014年Voxeljet公司收入分析 ................................................................. 316 图表 52 2013-2014年Voxeljet公司营运利润率 ............................................................. 317 图表 53 2013-2014年Voxeljet公司净利润率 ................................................................. 317 图表 54 2013-2014年ArcamAB公司收入分析 .............................................................. 318 图表 55 2013-2014年ArcamAB公司营运利润率 .......................................................... 318 图表 56 2013-2014年ArcamAB公司净利润率 .............................................................. 319 图表 57 2013-2014年Graphene 3D Labs公司收入分析 ................................................ 319 图表 58 2013-2014年Graphene 3D Labs公司营运利润率 ............................................ 320 图表 59 2013-2014年Graphene 3D Labs公司净利润率 ................................................ 320 图表 60 2013-2014年Organovo公司收入分析............................................................... 321 图表 61 2013-2014年Organovo公司营运利润率 ........................................................... 321 图表 62 2013-2014年Organovo公司净利润率............................................................... 322 图表 63 eos公司专利申请量趋势图 ................................................................................ 323 图表 64 EOS产成品及下游应用行业 .............................................................................. 325 图表 65 EOS产品线 .......................................................................................................... 326 图表 66 MakerBot 公司生产的 Replicator 2 3D 打印机 ............................................... 329 图表 67 近4年中航天地激光科技有限公司固定资产周转次数情况 ........................ 331 图表 68 近4年中航天地激光科技有限公司固定资产周转次数变化情况 ................ 331 图表 69 近4年中航天地激光科技有限公司流动资产周转次数变化情况 ................ 332 图表 70 近4年中航天地激光科技有限公司流动资产周转次数变化情况 ................ 332 图表 71 近4年中航天地激光科技有限公司销售毛利率变化情况 ............................ 333 图表 72 近4年中航天地激光科技有限公司销售毛利率变化情况 ............................ 333 图表 73 近4年中航天地激光科技有限公司资产负债率变化情况 ............................ 334 图表 74 近4年中航天地激光科技有限公司资产负债率变化情况 ............................ 334
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图表 75 近4年中航天地激光科技有限公司产权比率变化情况 ................................ 335 图表 76 近4年中航天地激光科技有限公司产权比率变化情况 ................................ 335 图表 77 近4年中航天地激光科技有限公司总资产周转次数变化情况 .................... 336 图表 78 近4年中航天地激光科技有限公司总资产周转次数变化情况 .................... 336 图表 79 近4年飞而康快速制造科技有限公司固定资产周转次数情况 .................... 339 图表 80 图表 81 图表 82 图表 83 图表 84 图表 85 图表 86 图表 87 图表 88 图表 89 图表 90 图表 91 图表 92 图表 93 图表 94 图表 95 图表 96 图表 97 图表 98 图表 99 近4年飞而康快速制造科技有限公司固定资产周转次数变化情况 ............ 340 近4年飞而康快速制造科技有限公司流动资产周转次数变化情况 ............ 340 近4年飞而康快速制造科技有限公司流动资产周转次数变化情况 ............ 341 近4年飞而康快速制造科技有限公司销售毛利率变化情况 ........................ 341 近4年飞而康快速制造科技有限公司销售毛利率变化情况 ........................ 341 近4年飞而康快速制造科技有限公司资产负债率变化情况 ........................ 342 近4年飞而康快速制造科技有限公司资产负债率变化情况 ........................ 342 近4年飞而康快速制造科技有限公司产权比率变化情况 ............................ 343 近4年飞而康快速制造科技有限公司产权比率变化情况 ............................ 343 近4年飞而康快速制造科技有限公司总资产周转次数变化情况 ................ 344 近4年飞而康快速制造科技有限公司总资产周转次数变化情况 ................ 344 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司固定资产周转次数情况 ............ 346 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司固定资产周转次数变化情况 .... 346 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司流动资产周转次数变化情况 .... 347 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司流动资产周转次数变化情况 .... 347 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司销售毛利率变化情况 ................ 348 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司销售毛利率变化情况 ................ 348 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司资产负债率变化情况 ................ 349 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司资产负债率变化情况 ................ 349 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司产权比率变化情况 .................... 350
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图表 100 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司产权比率变化情况 .................. 350 图表 101 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司总资产周转次数变化情况 ...... 351 图表 102 近4年深圳光韵达光电科技股份有限公司总资产周转次数变化情况 ...... 351 图表 103 2015-2020年中国3D打印产业规模预测分析 ................................................ 374 图表 104 2015-2020年中国个人3D打印机市场销量预测分析 .................................... 375 图表 105 2015-2020年中国个人3D打印机市场价格预测分析 .................................... 375
20
会成为趋势。随之带来的首要变化必将是材料企业向技术含量更高,产品附加值更高的水平发展。”刘平显然信心十足,“而随着3D打印技术的成熟,金属材料的形态可能会越来越丰富,如粉状,丝状,带状。金属材料将在生物医学、航空航天等领域具有广阔的应用前景和生命力。”
1.3 3D打印的宏观影响分析
1.3.1 对经济模式的影响
(一)3D打印技术有利于提供有效供给
近年来，随着科技的进步，人们收入水平的提高，对生活中物品质量的要求也越来越高，导致了现实中出现一种经济问题即一方面企业所生产的产品严重过剩;另一方面却是消费者买不到自己想要买的产品，使产品市场中出现了供求矛盾，表面上是供过于求，实际上是供不应求，造成了稀缺资源的严重浪费。3D打印技术的出现在一定程度上会缓解上述供求矛盾，因为3D打印技术是按照消费者的个性化需求来设计和制造产品的，可以有效提供消费者所偏好的独特商品，有利于实现产品市场供求平衡的理想状态，有利于实现稀缺资源的优化配置和充分利用。
(二)3D打印技术有利于培育新的经济增长点
近年来，3D打印技术发展迅速，很多国家都已加入到3D打印技术的研发与应用中来，其应用领域相当广泛，几乎遍及所有领域，已经成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，尤其在航空航天、国防军工、汽车摩托车、生物医药、家电、建筑工程、教学研究、农用工具等领域已经得到一定的应用，取得了良好的效果，从维基百科英文版文献获取数据可知:从3D打印技术市场应用份额来看，3D打印技术应用在汽车及零部件领域占37%，消费品领域占18．2%，航空航天和国防军工领域占13．7%，商业机器领域占11．2%，医疗领域占8．8%，
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科研领域占8．6%，可见各个经济领域应用3D打印技术的市场开发还有很大的空间，这为各国培育新的经济增长点指明了未来的方向与方法，在一定程度会缓解各国目前经济发展缓慢的局势。因此，3D打印技术必将是各个领域大批量个性化的主要生产模式。
1.3.2 对生产成本的影响
3D打印有利于降低生产成本，这将是3D打印技术渗透到经济各环节的现实基础。3D打印降低生产成本的原因归纳起来有以下几个方面：
（1）提高生产效率。表现为三个方面：第一，提高产品设计效率。在现有生产技术条件下，产品设计环节还难以实现标准化生产，3D打印技术的应用使制造业中快速原型环节制作效率大大提高，使产品设计环节更高效、更经济，从而大大提高生产效率。第二，缩短产品研制周期。3D打印无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品研制周期，提高生产效率。第三，简化工艺流程。3D打印利用由三维CAD模型制造形状复杂的原型，省去了许多传统的工序。美国3DSystem公司已经把这项技术的覆盖面扩大到直接制造上，不再需要复杂的机加工和供应。第四，减少生产时间。3D打印可一步将零件加工到最终形状，制造时间降低为以前的1/10到1/5，从概念到制出成品的事件将缩短50－80%，从而加快上市时间。第五，提高劳动效率。3D打印极大地解放劳动力，一个技术工人可以看管数台打印机，从而节省大量劳动力，劳动效率数倍甚至数十倍的提高。（2）降低生产线投资。3D打印免除了对生产线投资，由于“数字化生产工厂”的出现，公司不再需要将大量资金花在投资设备上。（3）减少原材料投入。3D打印运用“增材制造”技术，使企业在原材料上的投入减少，所需的原材料仅为传统制造技术的1/10左右。（4）减少废料与浪费。3D打印可以减少废料，从而大幅减少材料浪费。
32
1.3.3 对生产管理的影响
（1）减少库存。从制造模式来说，过去是生产线规模化生产，今后则可能更多的是个性化的定制生产，产品上市时间缩短，同时不再需要库存大量零部件，也不需要大量生产。
（2）柔化供应链。3D打印更大的颠覆性在于产生了柔性供应链。在传统制造业模式中，客户提出生产需求时，须根据市场预期确定每批生产数量后开展批量生产，一旦工厂投入运作，即使供过于求或供不应求，生产线都很难再停下。而3D打印则可先打印实验性产品，依据市场反馈效果后再做决定，更易于根据市场的反馈进行产品的优化升级，根据市场的需求可以随时调整产量，并通过用户的使用反馈来进一步修改设计。
（3）提高价值链反应速度。3D打印可随时即开即停，降低各个环节和各业务单元的协调成本，有效地降低生产过程的刚性，提高价值链的反应速度，提高过程的连续性。
1.3.5 对制造业的影响
随着3D打印技术的不断完善，以上景象会出现在日常生活中。然而，就目前而言，3D打印技术的发展还不能完全实现以上设想。从技术上分析，3D打印技术还只能根据对物品外部扫描获得的数据或者根据CAD软件设计的物品数据来打印出产品来，还只能用来表达物品外观几何尺寸、颜色等属性，无法打印产品的全部功能。至少从目前来说，3D打印还不能完全替代，而是提升和改造传统制造业，完全取代传统制造业还需经历一个漫长的过程。短期内，3D打印还只能取代生产过程中的某些工艺流程，如铸造、切削等工艺，而对冲压等工艺则影响不大，其应用领域还比较狭窄。因此，要理性看待3D打印，目前该技术尚不具备完全取代传统制造业的条件。在批量制造等方面，规模经济效应还会产生
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作用，低成本的传统减材制造法还具有生存空间。
1.3.6 对世界制造业格局的影响
对于3D打印能否改变世界制造业格局，有不同看法。一种看法是，3D打印将导致制造业回流发达国家，传统制造业国家将遭致巨大打击。3D打印减少制造业工人数量，使低工资国家在制造业的优势荡然无存。直接从事制造业的人数减少，劳动力成本在生产成本中比例也下降。这将鼓励制造商将制造业迁回发达国家。有学者对此进行了补充，认为不能一概认为3D打印有利于发达国家，对不同发达国家的影响存在差别。美国资源丰沛且低廉、但人力资源昂贵，3D打印会对冲掉竞争者的人力成本优势，制造业回流利于美国，而直接受冲击的则是日、德等资源短缺、人力成本高的国家。另一种看法是，3D打印对世界制造业格局的影响不确定。一种想法认为3D打印是否一定会使亚洲低成本、低工资国家受冲击还不一定，因为亚洲国家也具有将3D打印运用到制造业的能力。如果3D打印技术外溢较快，中国也有望在中高端市场抢占欧美的制造业份额，得失较难以衡量。
事实上,3D打印技术只是制造业回流的载体之一，是为制造业回流推波助澜的手段之一，即使没有3D打印技术，制造业回流也会发生。因此，从因果关系上看，并非3D打印技术导致了制造业回流从而出现世界制造业格局的变化，而是世界制造业格局发生的变化将为3D打印技术提供更多应用领域、提供更广阔的发展空间。
总体来看，3D打印技术，使人们从重复机械劳动中解放出来，提高社会劳动生产率,提高社会劳动生产率,为人们赢得更多闲暇时间，能够解决传统制造所不能解决的技术难题，能够为传统制造业的创新发展注入新鲜动力,是传统制造史上一次大的突破。在社会经济方面,3D打印有利于降低生产成本、 改变生产管理模式、对制造业会带来一定影响。3D打印自身发展还存在一些问题，发展
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过程还将带来知识产权保护问题、人才短缺与教育问题、环境污染问题。
1.4 3D打印的微观影响分析
1.4.1 加快产品开发周期
减少在产品开发时间是3D打印技术的第一个关键影响，它能够使得产品原型构建时间从数周或数天减少到几个小时。而且随着增材制和常规制造界限的模糊，现在很多行业都有望进一步加速其产品开发周期。
例如，在产品测试阶段，增材制造能够使原型产品到客户手中更快，其产品细节表现得更加充分，从而获得更详细的反馈。（这是主要受惠于打印机的分辨率提升、高清晰度的颜色、以及材料选择更加广泛），这种无模具原型开发能力，可以让企业快速测试多种配置，确定客户的喜好，从而减少新产品进入市场的风险。公司甚至可以直接将3D打印的零部件投入生产环节，并开始在市场上试销，直到他们决定进行大规模生产时再转入传统的生产制造工艺。
麦肯锡预计，3D打印技术将在未来十年里显著减少产品开发周期。（例如，3D打印使得日常的研发工作，如制作简单的实验室设备变得轻而易举。）随着时间的推移，由于3D打印能够提升企业通过远程合作进行众包（crowdsource）创意的能力，这将使得公司从一个更大的视野看待产品研发。对于一些公司来说，众包资源很可能有一天开始挤掉其内部的研发活动，这就对管理人员提出了更高的要求。
1.4.2 新的制造战略和设施
截至2014年，只有25％增材制造参与直接生产最终产品。但是如今用3D打印直接生产最终产品成为这个行业增长最快的部分，年增长率达60％。随着成本的不断下降和3D打印机功能的不断增加，能够经济地使用3D打印技术制
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造的零件范围将大大拓宽。以波音公司为例，已经使用3D打印机为10种不同类型的飞机制造了约200种零部件；医疗产品公司也正在使用3D打印制造的产品，如髋关节置换。
当然，并不是每一种产品都适用这项技术，并从中获得好处（降低成本、性能改进，或两者兼有）。企业应该明白这一点并有所鉴别。当前比较适合3D打印技术应用的产品包括具有高劳动力成本要素（如装配耗时及有二次加工过程）的零部件、模具要求复杂而且产量还比较低（因此高加工成本），或废品率过高。
增材制造技术也会影响制造设备的决策。劳动力因素对于3D打印制造而言仍然是有意义的，但事实上，它的重要性相对于传统制造降低了。或者，企业会发现的3D打印的数字化性质使得在遥远的国家产生复杂的零件的难度降低，而且对于电力和劳动力投入成本也会降低。
高级管理人员应该关注的一个相关领域是3D打印材料市场的发展。未来的材料成本是不确定的，因为现在很多打印机都使用其厂商专有或授权的材料。未来如果能够制订更普遍的材料标准，将会显著降低3D打印成本。
1.4.3 提升产品和服务附加价值的方式
增材制造技术可能会改变公司提升产品和服务附加价值的方式。传统制造业的外包有助于推动像耐克这样的消费品牌公司更多地依赖于他们的设计技巧。同样，3D打印技术可以减少其它种类制造方式的成本和复杂性，从而迫使公司使用别的办法来区别他们的产品，比如使其制造的产品更容易修复（因此寿命较长），或者使用更加个性化的设计。
事实上，减少对硬模具的依赖（这有利于制造数以千计的相同制品）为个性化或定制化的设计创造了机会，使其成本更低，最终扩大了消费者的选择范围。个性化正畸牙套的增材制造是这些技术所具备潜力的一个例子。随着越来越多这样的产品在技术上可行，企业必须要确定哪些有足够的吸引力和在商业上有价
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值。大规模定制和更加个性化的设计将会成为许多公司提高竞争力的手段，最终会对一些领域的传统制造商产生颠覆性影响。
在价值链的某些部分，增材制造的应用对客户的作用可能不太明显，但其实际影响可能更加深刻。在传统的售后市场供应链中有一个难点，就是对备件库库存的管理，特别是对于较旧的传统产品的备件库存。而使用3D打印机制造备件可以改变售后服务和产业结构的经济性。增材制造所需设施要求相对较低，所以完全可以取代大型地区性仓库。一些备件的供应甚至可以外包：分布更加广泛的小型加工厂可以根据厂家提供的数据现场制造所需零件。
当然，零售商也可能有一天会使用这种小型工厂——例如为客户量身定制产品，如玩具或建筑材料，以满足他们的需求。
1.4.4 调整新型材料的特性
产品设计与制造手段有着内在的联系。建筑师不能设计无法施工的房子，而工程师则不能在设计机器时不考虑铸件、锻造、铣削、车削和焊接等工艺的局限性。当前围绕传统制造工艺的设计资源非常丰富，但围绕3D打印的设计资源则要少得多。麦肯锡研究人员与制造公司高管的谈话表明，许多人都知道这种差距，都在争先恐后地补充这方面的内容。
所以增材制造技术的大规模应用还涉及到技术方面的挑战，其中包括设置环境参数，以防止形状失真，优化打印速度，以及调整新型材料的特性等。事实上，调整材料是相当大的挑战。塑料相对简单，金属则比较困难，而浆和凝胶（打印活组织或锌空气电池的材料）是极其困难的。
最成功的竞争者会明白这些挑战。一些企业已经建立卓越中心（centers of excellence），并聘请在增材制造方面有丰富经验的工程师。
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1.4.5 减少进入市场的成本
3D打印的诸多好处之一是可以减少新玩家进入市场的成本：例如，利用3D技术来降低模具成本使得它在开始生产阶段就更便宜。最终产品的直接制造可以大大简化并减少了设计师的工作。提供高度定制或合作设计产品的新企业不断出现。还有些企业则充当客户在线设计和定制产品的制造平台和销售渠道。这些企业对消费者口味的迎合程度以及与客户之间联系的密切程度将是传统的公司很难比拟的。
起初，这些新的竞争者将只是细分市场玩家，在一些消费者愿意为定制设计、更复杂的几何形状、更迅速的交货支付溢价的领域运营。但是，从长远来看，他们会以意想不到的方式改变行业，将其竞争优势扩散到大批量、低成本制造以及价值链的其它领域，比如设计或拥有自己的客户网络。
此外，3D打印枪支开源设计的可用性显示了这种技术制造道德和监管困境和颠覆产业的潜力。
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第二章 2012-2014年全球3D打印产业发展分析
2.1 全球3D打印产业总体状况
2.1.1 产业发展历程
1984年 3D打印机诞生
Charles Hull,3D System联合创始人，发明了“快速成型”技术——一个立体物品可以被3D数字建模。
1992年 快速成型零部件
世界上第一个快速成型机器由3D System公司制造。这个部件看起来像一个由固体蜂蜜一层层叠加起来的东西，虽然不完美，但却证明了：高度复杂的零件，可以在一夜之内被3D打印出来。
1999年 再生器官
世界上第一个实验室培养的器官植入人体，一个年轻人接受了用3D合成的膀胱。这项技术开启了再生器官——的探索之路。这些器官用患者自己的细胞制成，基本没有排斥反应的风险。
2002年 第一个正常运转的3D肾
Wake Forest 研究所的科学家在一个动物体内模拟制造了一个3D打印的肾脏：能够过滤血液、稀释尿液。
2005年 3D打印开源实验室
Bath 大学的Adrain Bowyer 博士创办了RepRap实验室，一个制造3D打印机的开源实验室。RepRap的愿景是，让制造变得民主化，让制造欲的人们可以用低廉的价格自己造东西。
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2006年 实现多种材料3D打印
3D打印机制造商和材料供应商Objet，创造了一台能打印多种材料的3D打印机，允许单一物体内同时使用不同密度的材料共同打印。
2008年 第一台可“打印自己”的3D打印机
RepRap实验室推出了\达尔文\，第一台可以打印自己几乎每一个部件的3D打印机，允许使用者打印出更多物品分享给朋友。
2009年 从细胞到血管
生物打印创新者Organovo，用Gabor Forgacs博士的器官打印技术和一台3D生物打印机，打印出第一条血管。
2010年，太尔时代推出了UP! Plus，成为当时世界上首款桌面型3D打印机。 2011年 第一架3D打印的飞机
Southampton大学的工程师设计和制造了世界上第一架3D打印飞机。这台无人驾驶机花费了5000英镑、7天时间制造。3D打印让机翼呈现流畅的椭圆形，有助于提高空气动力效率，最大程度地减少了阻力。
2012年 首家3D打印店
MakerBot在纽约曼哈顿开出了第一家3D打印店。在店里，你可以了解3D打印的工作原理，带走打印好的产品。
2012年11月，Omote 3D作为世界上第一家3D打印照相馆在日本东京原宿区试营业。
2012年12月31日，中国首家3D打印照相馆也在西安面向公众开放。
2.1.2 行业发展态势
2013年2月，美国总统奥巴马在国情咨文演讲中重点强调了3D打印技术的重要性，从而掀起了全世界的3D打印行业发展热潮。“3D打印”俗称“增材制造”，是一种三维立体成型技术，即一种累积制造技术，以一种3D数字模型文
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件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。
据统计，2013年全球3D打印市场规模约40亿美元，我国约3亿美元；预计三年内我国3D打印市场规模将达到100亿元人民币以上。目前由工信部主持的《国家增材制造发展推进计划》已初步制订完成，计划将在年内出台。国家对3D打印的发展目标包括：到2017年初步建立3D打印（增材制造）技术创新体系，培育5-10家年产值超过5亿元人民币、具有较强研发和应用能力的3D打印（增材制造）企业，并在全国形成一批研发及产业化示范基地等。此外，国家将支持3D打印企业境内外上市、发行非金融企业债等融资工具，征求意见稿拟定了金属材料增材制造、非金属材料增材制造、医用材料增材制造、设计及工艺软件、3D打印（增材制造）装备关键零部件五大3D产业重点发展方向。预计今年中国3D打印的产值可以再翻一番，有望达到40亿-50亿元人民币。
我国也设定了加快3D产业化进程，工信部将推3D打印技术路线图。工业和信息化部副部长苏波在2012年增材制造技术国际论坛暨第六届全国增材制造技术(即“3D打印”)学术会议上表示，工信部将推动“3D打印”产业化，“3D打印”发展路线图和中长期发展战略即将制定，加强顶层设计和统筹规划，组织研究制定增材制造技术路线图、增材制造业中长期发展战略，推动完善增材制造技术规范与标准制定。
2.1.3 行业发展周期
根据生命周期理论的销售增长率划分法：销售增长率大于10％为成长期， 0.1 ％-10％为投入期或成熟期，小于0则为衰退期，不妨对3D打印行业可做如下推断：
图表 2 3D打印行业所处生命周期示意图
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资料来源：相关调研资料整理
生命周期理论认为，行业的生命周期一般有一百年到几百年的时间，最短的也有60年左右，由于3D打印产品与人类的物质文化生活息息相关，所以至少能够肯定造3D打印业的生命周期将会是很长的。由于我们无法得知未来该行业的发展情况，况且生命周期理论是一种事后分析，我们也不好肯定该行业的成熟期到何时结束，即延续多长时间。
需要说明的是：由于行业生命周期曲线忽略了具体产品的差异，因此尽管整个行业已开始由成长期向成熟期转变，但若细分行业中某个产品，则其所处的生命周期阶段可能不一致。也即是说尽管3D打印行业已经进入了成熟期，但是某些产品或品种可能还是处在成长期阶段。其次，行业的生、灭、兴、衰是客观存在，而生命周期阶段的划分纯粹为理想化抽象的过程。在现实中有的行业的生命周期曲线可能相当复杂，没什么规律性，可能并非完全似理论上所认为的那样。譬如有些行业在进入成熟期后可能又会回到成长期。再有，一个国家的需求结构、资源禀赋、要素供给、政府政策等因素也会对行业的发展产生重大影响，而这些因素很难定量地反映到行业生命周期之中。
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2.1.4 产业规模状况
近年来，3D打印市场高速发展，个人3D打印市场也已开启。从1994年到2011年，全球3D打印机市场规模一直保持高速增长态势，复合增长率达到了17.6%。2011年全球个人3D打印设备销售量呈现爆发式增长，销售量从5987台猛增至23265台，增幅接近300%，大幅超过商用3D打印设备增速。
图表 3 2009-2014年全球3D打印市场规模趋势
2.1.5 产业排名状况
3D打印技术的出现激起了人们无比的热情并勾起了人们无限的遐想。它带来的不仅仅差异化生产成本的下降，也不仅仅只是引发制造业的革命，而是从根本上改变了人们日常看待世界的方式——我们眼中的物体不再是由一个个组件和部分构成，而是由一个个粒子构成。因而3D打印也被认为是未来30年最具发展潜力的新型技术之一。
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图表 4 2014年全球3D打印机制造商排名榜
2.1.6 市场消费调查
全球领先的信息技术研究和顾问公司Gartner日前发布最新预测，2015年全球3D打印机出货量将达21.7万台，高于2014年的10.8万台。2015至2018年期间，3D打印机出货量每年均将成倍增长，预计到2018年将超过230万台。
Gartner研究副总裁Pete Basiliere表示：“3D打印机市场正处于转折点，自30年前3D打印机被发明以来，单位出货量每年的增长率都停留在个位数到十位数的低水平，但2015年起将可望大幅增长。这些预测数据看起来激进，但须知
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即使2018年销售量如我们预期般达到了230万台，亦只是全球消费、商用以及政府采购相关市场潜力的一小部分而已。”
3D打印机市场由7大技术构建而成。2018年之前材料挤制成型技术将带领市场增长，主要因为1000美元以下的3D打印机开始广为全球消费者所采用。“消费级”3D打印机市场的主要增长驱动力来自于低廉的价格、提升的性能以及在全球各地都能买得到。而“企业级”3D打印机市场的主要增长驱动力则是可通过3D打印技术进行原型设计并生产成品，再加上3D打印机成本下降、品质提升，且可用材料日益多元。
Basiliere进一步指出：“挤制成型材料的出货量大幅增长是推动3D打印机相关预测上调的主要因素。新的供应商纷纷进军该市场，有的是直接投资，有的则是通过众筹项目，这些几乎每天都在发生。这些供应商利用早期挤制成型技术专利到期的契机，生产出低成本、低价格的设备，目标瞄准一般消费大众。”
最终用户在3D打印机上的支出随技术与出货量而有所不同，但其他的市场因素也会产生一定的影响。全球各地大量初创型与小型公司利用现有低技术门槛打入500美元以下消费3D打印机市场，对挤制成型材料的支出产生影响。这些初创型与小型公司的营收是否足以支付生产与日常管理成本，以及服务、销售、渠道拓展、研发、业主利润等仍有待观察。由于市场对相关设备的需求增加，诸如定向能量沉积及粉床融合等技术的供应商，未来反而能够随着对其设备需求提升而稳住价格，并以各种方式提升价值，不必付出高昂代价大打价格战以吸引并留住企业客户。
根据Gartner预测，终端使用者在挤制成型材料方面的支持将从2015年的7.89亿美元增加到2018年的约69亿美元。整体来说，最终用户在3D打印机方面的支出可望从2015年的16亿美元增加至2018年的134亿美元。光聚合固化技术、材料喷涂成型等技术将是带动增长的主要来源，在消费与企业级市场的接受度将会越来越高。
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产品平均售价也随着技术与市场因素而有所不同。每个市场状况不尽相同，包括设备组合、价格与买房需求，都会影响任何一个技术领域中所有3D打印机的平均价格。
Basiliere认为：“头几年里3D打印机制造商将尽全力推出新功能并提升性能，而不会采取降价的策略。因此，多种技术的平均售价可望提升，或是在2014及2015年价格上升后逐渐下降。采用定向能量沉积技术的3D打印机价格最高，其次为粉床融合技术。材料挤制成型打印机与光聚合固化打印机的平均售价可望下降，这是因为越来越多厂商进入市场，利用这两项技术推出价格区间较低的产品。”
以价格区间来区分出货量则要看采用的是哪种3D打印机技术。特别值得留意的包括价格最低的1到1000美元区间，还有多半采用材料挤制成型技术的1001至2500美元价格区间。2014年，价格低于1000美元的3D打印机占整体价格区间的11.6%，但到了2018年，它在1至2500美元价格区间的占比将增加至28.1%。由于消费与企业用市场逐渐采用3D打印机，Gartner预测，随着越来越多企业组织采用低端和中端打印机来进行测试与实验，像这样价格区间增长速度大不相同的情况将逐渐弱化。
展望未来，“即插即印”功能将自2015年起推动3D打印机市场增长。生态系统仍将维持复杂态势，但制造入门级材料挤制成型打印机的厂商，开始在产品中纳入相对简单的“即插即印”功能。像同步材料(locked-in materials)这类往往只见于特定品牌2D打印墨盒的功能，让材料顺利运作的可能性达到最高。还有自动平台校正与加热建构槽技术，都能让安装与运行更为简便，消费者可轻松启动打印功能，成功制造出3D物品。因此，到2016年，1000美元以下3D打印机市场将有10%的产品具备即插即印功能。
Basiliere认为，这股趋势将加速发展，原本市场是以习惯使用开源方式且不受单一厂商束缚的早期采用者为主，将逐渐演化成以一般消费者为主流。这些早
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期采用者将对3D打印机利用开源的初衷发生变化而大感不满，绝大部分的主流消费者只需要“即插即印”功能所提供的简单一致的操作功能就能满足。
2.1.7 产业发展变化
世界各国正在不断加强3D打印技术的研发及应用。欧盟和美国引领着世界3D打印技术的发展，并在该技术的应用和推广领域获得先机。美国将“3D打印”研发中心作为新建的15个国家制造创新中心之首，政府直接投资3000万美元进行支持；近日，美国国家航空航天局和洛克达因公司共同完成了3D打印火箭发动机喷射器的测试，工时和成本骤降，全尺寸3D打印零件将是未来美国开发的重点方向；欧洲也十分重视对3D打印技术的研发应用，英国《经济学人》杂志是最早将3D打印称为“第三次工业革命的引擎”的媒体；2013年10月份，欧洲航天局公布了“将3D打印带入金属时代”的计划，旨在为宇宙飞船、飞机和聚变项目制造零部件，最终的目标是采用3D打印技术实现由一整块金属构成、不需要焊接或熔合的整颗卫星的整体制造；澳大利亚在2013年制定了金属3D打印技术路线，并于2013年6月揭牌成立“中澳轻金属联合研究中心（3D打印）；德国将“选择性激光熔结技术”列入“德国光子学研究”；日本着力推动3D打印产业链后端，不断尝试将本国已取得的技术成果在工业中进行推广和应用；南非政府将目光投向大型3D打印机设备的研制和开发，将核心激光设备研制与扶持激光技术协同发展；我国地方政府也非常重视3D打印产业，珠海、青岛、四川双流、南京等地先后建立了多个3D打印技术产业创新中心和科技园。
全球3D打印产业的权威研究机构——美国沃勒斯公司发布的全球3D打印产业报告显示，2012年全球3D打印市场总收入为22亿美元，其中包括设备和服务。美国的产业收入一马当先，大约占全球总收入的60%，传统的制造业强国——德国和日本比较重视制造技术的革新，3D打印产业收入各约占全球的10%，中国作为未来巨大的应用市场，产业收入已约占全球总收入的10%，有望
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成为世界3D打印产业的一极。据美国消费者电子协会最新发布的年度报告显示，3D打印服务的社会需求量将逐年增长，其产值到2017年有望增长至50亿美元。2.3D打印用材料发展现状
有专家指出，3D打印的核心是它对传统制造模式的颠覆，因此，从某种意义上说，3D打印最关键的不是机械制造，而是材料研发。
3D打印对原材料的要求比较苛刻，满足激光工艺的适用性要求所选的材料需要以粉末或丝棒状形态提供。材料融化后在软件程序驱动下，自动按设计工艺完成各切片的凝固，使材料重新结合起来，完成成型。由于整个过程涉及材料的快速融化和凝固等物态变化，对适用的材料性能要求极高，从而材料成本居高不下。比如，即使打印一个手机大小的产品，整个耗材价格至少要150元以上。基于此，未来3D打印产业需要不懈追求的目标仍将是：“研发出更多种类的材料”、“使材料获得与工艺更匹配的性能”、“实现更高的制备工艺精度和更廉的原材料价格”以及“将3D打印的直接制造技术应用到更多更广的领域”。
3D打印技术包括“快速原型制造技术”和“金属构件直接制造技术”2大类。目前公众所了解的3D打印成果和案例大多属于“快速原型制造技术”范畴。其实快速原型制造的范畴比较广，除了3D打印还有“熔融沉积造型”、“选择性激光烧结”、“立体印刷”、“叠层实体造型”等多种方式。因此，3D打印并不能完全涵盖“快速原型制造”，而只是实现快速原型制造的路径之一。另外一个分支是高性能的金属零件直接制造，这一领域可谓意义重大，但难度也更大，对材料和设备的要求极其苛刻，是3D打印技术的制高点。（1）快速原型制造用材料
快速原型制造即通常所说的快速成型，近年来应用不断拓展，发展极为迅速，已成为工业模型设计与制作中的一项关键技术。最早主要是做树脂、石蜡、纸等原型件，用途集中在新产品的快速设计方面，通过该技术可以简便、快速地实现设计的优化和产品的评估，由于其“所见即所造”的特点，能够省去大量生
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产准备环节，从而显著缩短新产品的研发周期，最终使新产品的研发成本显著降低。我国3D打印目前2亿元/a的产值基本来源于此。近年快速成型加入选择性激光烧结工艺，使3D打印在保持高效率的同时，制造精度也得到显著提升。
目前3D打印快速成型用特种粉体材料大多是设备工艺厂商针对各自设备特点定制的，优点是与专属设备的适用性好、研制难度相对小，缺点是材料的产业通用性差、产品成型过程的精度有待提高、产品成型后的强度较低。可见，制品表面精度受粉末原材特性的制约明显，工艺对材料依赖性不容忽视。（2）高性能金属构件直接制造技术用材料
高性能金属构件直接制造技术起步于20世纪90年代初，工艺难度比较大，主要采用高功率的能量束如激光或电子束作为热源，使粉末材料进行选区熔化，冷却结晶后形成严格按设计制造的堆积层，堆积层连续成型，形成最终产品。到目前为止，工业上的小型金属构件直接制造相对容易，体积较大的金属构件的直接制造难度非常大，对材料和工艺控制的要求很高。这将是增材制造产业推动相关工业发展的重点方向，也将是一项关键技术。其最大的难度在于材料和成型工艺。以钛合金为例，激光熔化后的材料凝固会造成钛合金体积收缩，造成巨大的材料热应力，内应力对小型构件影响不大，但随着零件尺寸的增加，成型变得非常困难，即使能够成型也会由于大的内应力严重影响材料强度。第二个难题是材料冷却结晶过程复杂，材料结晶过程很难定量控制，一旦出现晶体粗大、枝晶等必将造成材料成型后的力学性能不佳等问题，最终结果就是关键构件没办法获得实际应用。
高性能金属构件直接制造技术自问世伊始，就与配套材料的发展密不可分。近年来，金属构件直接制造所使用的高性能特种粉体材料备受关注。欧美等国已经比较成熟地实现了小尺寸不锈钢、高温合金等零件的激光直接成形，未来高温合金、钛合金材质大型金属构件的激光快速成形作将成为主要技术的攻关方向。我国北京航空航天大学团队在这一领域走在了世界前列，他们通过激光直接
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制造成套装备的研制和对大型钛合金金属结构件成形原理的探究，已掌握高性能金属构件直接制造核心技术，其成果已应用于多种型号飞机的研制中。但国内用于金属构件直接制造的材料主要依赖进口，国产化的同类材料。目前还存在着氧含量高、球形度差、成分均匀性差以及粒度分布不佳等问题，这在一定程度上限制着我国高端3D打印产业的进一步发展。
合金粉末内部的组织结构对3D打印最终产品的影响较大，组织粗大的粉末熔覆性能较差。高性能金属构件直接制造用特种粉末要求低氧含量和高球形度，行业内主要由气雾化和真空气雾化工艺制备。合金粉末的制备方法主要有水雾化、气雾化和真空雾化等，其中真空雾化制备的粉末具有氧含量低、球形度高、成分均匀等特点，应用效果最佳。
高性能金属构件直接制造所用材料主要是钛及钛合金粉末材料和镍基或钴基的高温合金类粉末材料。钛及钛合金粉末材料采用粉末冶金法制造零部件是少切削或无切削的近净成型工艺，金属的利用率接近100%，是降低钛及钛合金零件使用成本的最佳方式。目前钛及钛合金粉末制备方法主要有等离子旋转电极、单棍快淬、雾化法等，其中旋转电极法因其动平衡问题，主要制备20目左右的粗粉；单棍快淬法制备的粉末多为不规则形状、杂质含量高，而气体雾化法制备的粉末具有氧及其他杂质含量低、球形度好、粒度可控、冷却速度快、细粉收得率高等优点，是高品质钛及钛合金粉末的主要制备工艺。
国外钛及钛合金粉末的研究由来已久，技术相对成熟，美国在1985年发表了水冷铜坩埚惰气雾化法的专利，在1988年建立起年产11t的粉末研制线；而日本在1990年已建立年产60t的惰气雾化粉末生产线，并实现规模化生产；而国内在雾化设备及粉末制备工艺方面，主要为移植和仿研，高性能制粉设备仍以进口为主，在水冷铜坩埚制备技术、底注式雾化方式等方面仍和国外差距较大；在粉末制备方面，目前粉末的粒度主要集中于：40～300目之间，杂质元素如钙、氢、氧等也高于国外同类产品水平，如国内制备的真空钛合金钎焊料由于杂质含
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