解析3D打印市場10大趨勢：與數(shù)控機床技術自由切

近年來，借著新一輪科技革命和產業(yè)變革的東風，3D打印步入快速發(fā)展期。世界各國紛紛將其作為未來產業(yè)發(fā)展新的增長點加以培育。我國的3D打印技術與世界先進水平基本同步， 但產業(yè)化仍處于起步階段。未來，3D打印將朝著速度更快、精度更高、性能更優(yōu)、質量更可靠的方向發(fā)展，成為一股強大的科技力量。

20世紀80年代后期，3D打印機的橫空出世，開啟了增材制造新時代。近年來，借著新一輪科技革命和產業(yè)變革的東風，3D打印步入快速發(fā)展期。世界各國紛紛將其作為未來產業(yè)發(fā)展新的增長點加以培育，如2012年美國將“增材制造技術”確定為首個制造業(yè)創(chuàng)新中心(后更名為“美國制造”)，歐盟、日本、韓國、新加坡、俄羅斯、南非、印度等國也通過各種措施推進3D打印產業(yè)發(fā)展。

3D打印10大趨勢預測：與數(shù)控機床技術自由切換

我國的3D打印技術與世界先進水平基本同步， 但產業(yè)化仍處于起步階段。未來，3D打印將朝著速度更快、精度更高、性能更優(yōu)、質量更可靠的方向發(fā)展，成為一股強大的科技力量。

趨勢一：桌面級市場已陷入“紅?！保蚪鸸I(yè)級正當時

近幾年，桌面3D打印機“叫好又叫座”，銷量呈現(xiàn)大幅增長，而工業(yè)級3D打印機則略顯慘淡。根據(jù)大數(shù)據(jù)公司CONTEXT的數(shù)據(jù)，2015年全球桌面3D打印機銷量增長了33%，工業(yè)級3D打印機則下降了9%;2016年上半年全球桌面3D打印機同比增加15%，工業(yè)級3D打印機卻減少15%。 桌面3D打印機門檻低、設計簡單，是企業(yè)進軍3D打印領域的較好入口。但經(jīng)過多年的發(fā)展，桌面級市場競爭已近“白熱化”，加之利潤小、精度低、實用性不佳，天花板效應明顯。

而工業(yè)級市場契合了智能制造的理念，可廣泛運用于汽車、航空航天、機械工業(yè)、醫(yī)療等市場需求大、發(fā)展?jié)摿Υ蟮念I域，隨著技術的逐漸成熟和成本的不斷降低，將會爆發(fā)出難以想象的巨大能量。

2015年底，全球3D打印巨頭3D Systems公司宣布停產消費級桌面3D打印機，轉向更賺錢的 專業(yè)級和工業(yè)級市場;2016年初，國內3D打印技術大咖西通電子在珠海宣布全面進軍工業(yè)級3D打印領域。

趨勢二：金屬3D打印領域快速發(fā)展，應用端空間漸打開

金屬3D打印被稱為“3D打印王冠上的明珠”，是 門檻最高、前景最好、最前沿的技術之一。

同樣來自CONTEXT發(fā)布的數(shù)據(jù)，2015年全球金屬3D打印機銷量增長了35%，2016年上半年同比增長17%，可以說是工業(yè)級3D打印領域逆勢上漲的一朵“奇葩”。在汽車制造、航空航天等高精尖領域，有些零部件形狀復雜、價格昂貴，傳統(tǒng)鑄造鍛造工藝生產不出來或損耗較大，而金屬3D打印則能快速制造出滿足要求、重量較輕的產品。

2015年11月，奧迪公司使用金屬3D打印技術按照1：2的比例制造出了Auto Union(奧迪前身)在1936年推出的C版賽車的所有金屬部件;2016年9月，GE斥資14億美元收購了瑞典Arcam公司和德國SLM Solutions集團兩大金屬3D打印巨頭，加快布局3D打印航空發(fā)動機零部件業(yè)務。此外， 醫(yī)療器械、核電、造船等領域對金屬3D打印的需求也十分旺盛，應用端市場正逐漸打開。

趨勢三：3D打印產業(yè)化還需時日，“增”“減”制造長期共存

3D打印采用增材制造技術，是對以“減材制造”、“等材制造”為基礎的傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，但并不是非此即彼的關系，而是并存互補的關系。

從歷史看，傳統(tǒng)制造業(yè)經(jīng)過了幾千年的積累和發(fā)展，技術、工藝、材料等已經(jīng)非常成熟，而3D打印則是一個新生事物，只有30多年的發(fā)展歷程，在速度、精度、強度等方面還有諸多限制。

從現(xiàn)狀看，當前3D打印市場份額十分有限，專業(yè)咨詢機構Wohlers Associates發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2015年全球3D打印市場規(guī)模為51.65億美元，至2020年將達到212億美元，而這與數(shù)十萬億美元的制造業(yè)市場相比，還微乎其微。

相比傳統(tǒng)制造，3D打印研發(fā)周期更短、用料更省，在小批量、個性化定制等方面優(yōu)勢明顯，但在大規(guī)模生產方面存在著許多不足之處。增材制造雖然不能完全替代減材制造、等材制造，但作為傳統(tǒng)制造技術的有益補充，3D打印將極大地推動制造業(yè)的轉型升級。

趨勢四：產品生產方式加速變革，“整”“分”制造攜手共進

3D打印是工業(yè)4.0時代最具發(fā)展前景的先進制造技術之一，它從兩個方面改變了產品的生產方式：

一方面，傳統(tǒng)制造業(yè)以“全球采購、分工協(xié)作”為主要特征，產品的不同部件往往在不同的地方進行生產，再運到同一地方進行組裝。而3D打印則是 “整體制造、一次成型”，省去了物流環(huán)節(jié)，節(jié)約了時間和成本。

另一方面，傳統(tǒng)制造業(yè)以生產線為核心、以工廠為主要載體，生產設備高度集中。而3D打印則體現(xiàn)了以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術與制造業(yè)的融合，生產設備分散在各地，實現(xiàn)了分布式制造，從而省去了倉儲環(huán)節(jié)。

“整體制造”和“分布式制造”在字義上看似矛盾，在3D打印技術上則實現(xiàn)了統(tǒng)一，前者強調生產過程，后者強調生產行為，共同推動著產品生產方式的變革。

趨勢五：成型尺寸向兩邊延伸，“大”“小”產品顛覆想象

隨著3D打印應用領域的擴展，產品成型尺寸正走向兩個極端：

一方面往“大”處跨，從小飾品、鞋子、家具到建筑，尺寸不斷被刷新，特別是汽車制造、航空航天等領域對大尺寸精密構件的需求較大，如2016年珠海航展上西安鉑力特公司展示的一款3D打印航空發(fā)動機中空葉片，總高度達933mm;

另一方面向“小”處走，可達到微米納米水平，在強度硬度不變的情況下，大大減輕產品的體積和重量，如哈佛大學和伊利諾伊大學的研究員3D打印出比沙粒還小的納米級鋰電池，其能夠提供的能量卻不少于一塊普通的手機電池。未來，3D打印的成型尺寸將不斷延伸，從大的不可思議到小的瞠目結舌，“只有想不到的，沒有做不到的”。

趨勢六：材料瓶頸待攻克，“質”“量”趨升“價”趨降

“巧婦難為無米之炊”。3D打印材料是3D打印技術發(fā)展不可或缺的物質基礎，也是當前制約3D打印產業(yè)化的關鍵因素。近年來，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料種類得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料等三大類。但與傳統(tǒng)材料相比，3D打印材料種類依然偏少。

以金屬3D打印為例，可用材料僅有不銹鋼、鈦合金、鋁合金等為數(shù)不多的幾種。另外，3D打印對材料的形態(tài)也有著嚴格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價格比較昂貴，根本無法滿足個人與工業(yè)化生產的需要。足夠多“買得起”的材料才能為技術的發(fā)展提供足夠多的選擇空間、為應用的擴展提供足夠多的想象空間。

未來，3D打印材料將成為研究開發(fā)的焦點、資本涌入的風口，材料種類、形態(tài)將得到進一步拓展，價格下降可期，精度、強度、穩(wěn)定性、安全性也更加有保障。

趨勢七：“黑科技”闖進醫(yī)療界，手術可“排練”、治療更精準

3D打印的 “個性化定制”與醫(yī)療行業(yè)的 “對癥下藥”有著天然的契合性，二者的結合主要體現(xiàn)在四個方面：

一是術前演練，利用3D打印技術還原出病患部位模型，讓醫(yī)生更直觀地了解病理結構，增加了手術的成功率;

二是醫(yī)療器械，包括助聽器、護具、假肢等外部設備以及關節(jié)、軟骨、支架等內植物;

三是“量身”制藥，根據(jù)患者的生理特點、具體需要調配藥物，提高了藥物的有效性;

四是生物打印，用人造血管、心臟、神經(jīng)、皮膚等來修復、替代和重建病損組織和器官。

盡管3D打印在醫(yī)療領域的應用還面臨著材料、成本、精度、標準等制約，市場規(guī)模也較小，但考慮到醫(yī)療領域巨大的需求潛力與極小的需求彈性，3D打印在醫(yī)療領域的應用將不斷擴展，在實施更為精準的診療方案、提供更為充足的移植器官等方面大顯身手。

趨勢八：3D打印牽手云制造，有商業(yè)影響力的平臺不斷涌現(xiàn)

全球已經(jīng)進入了高度的信息化時代，互聯(lián)網(wǎng)作為信息化的重要工具正在重新定義各行各業(yè)。3D打印設備尚未普及，技術使用也不“傻瓜”，沒有設備、沒有技術的普通人該怎樣實現(xiàn)自己的設計想法呢。

成立于2008年的Shapeways公司搭建了一個基于互聯(lián)網(wǎng)的3D打印平臺，擔當起服務供應商和需求用戶之間的“紅娘”，解決了用戶的這個“痛點”。

如今，MakeXYZ、3DLt、3DHubs、先臨三維、光韻達、魔猴網(wǎng)等也做著類似的事情，南京壹千零壹號自動化科技公司的“1001號云制造平臺”還入選2016年中國“互聯(lián)網(wǎng)+”在工業(yè)應用領域十大新銳案例之首。

“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”開拓了一種全新的商業(yè)模式——“云打印”，并將共享經(jīng)濟的思維引進來，閑置的3D打印機得到了有效使用，客戶也能選擇稱心如意的設備和供應商。

趨勢九：混合打印創(chuàng)造更多可能，功能材質色彩也“混搭”

隨著3D打印技術的發(fā)展，人們對3D打印機的期望越來越高，早已不滿足于單一功能、單一材質、單一色彩等。

未來， 3D打印機可實現(xiàn)3D打印技術與傳統(tǒng)數(shù)控機床技術(或不同3D打印技術)的自由切換，實用性將變得更強;3D打印機的“口糧”更加豐富，金屬、塑料、橡膠等多種材料(或不同屬性的材料)的混合使用，將加工出結構更為復雜的產品;打印出的產品也會五彩繽紛。

如日本研發(fā)出的一款五軸混合3D打印機(由3D打印機與數(shù)控車床混合而成)，能夠在現(xiàn)有工業(yè)級5軸控制技術的基礎上連續(xù)進行擠出式3D打印和銑削作業(yè);MIT研發(fā)的MultiFab 3D打印機能同時處理包括晶狀體、紡織物、光纖等10種材料;加拿大的ORD Solutions公司推出的一款3D打印機，可以使用五種不同顏色的線材打印出多彩作品。

趨勢十：我國3D打印起步早發(fā)展慢，產學研協(xié)同是突破口

在3D Systems、Stratasys、先臨三維等行業(yè)巨頭紛紛跑馬圈地之時，哈佛大學Wyss研究所、加利福尼亞大學勞倫斯?利弗莫爾實驗室(LLNL)、卡內基梅隆大學Adam W.Feinberg研究團隊等科研機構憑借其雄厚的研發(fā)實力也不斷實現(xiàn)技術突破。

我國3D打印的研究起步于20世紀90年代，發(fā)端于高校，如今已形成清華大學顏永年團隊、北京航空航天大學王華明團隊、西安交通大學盧秉恒團隊、華中科技大學史玉升研究團隊和西北工業(yè)大學黃衛(wèi)東團隊等骨干科研力量，論文和申請專利的數(shù)量處于世界第二位。

2016年10月又成立了中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟，國家增材制造創(chuàng)新中心建設方案也通過了專家論證。隨著我國科技體制機制改革的不斷推進，走產學研協(xié)同之路，形成長效合作機制，成為我國推進3D打印產業(yè)化的現(xiàn)實選擇。

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