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2019中國增材制造行業發展全面梳理

中國增材制造技術正處于快速發展初期,整個行業“小而散、同質化”的現象較為嚴重,即企業數量越來越多,但真正上規模的少,大部分企業都是在靠賣設備生存。與發達國家相比,我國的增材制造生態鏈建設在材料、軟件、成型技術、服務等指標上還有很大差距。

增材制造,俗稱3D打印,由于其能快速制造出各種形態的結構組織,對傳統的產品設計、工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響,成為了制造業最具代表性和最受關注的顛覆性技術之一。

目前,在各國政府和市場的共同推動下,增材制造熱點應用爭相出現、前沿技術研發速度不斷加快。為了幫助讀者了解中國增材制造行業的發展現狀,e-works特別策劃本期報道,針對國內的增材制造廠商進行全面梳理。

01

中國增材制造市場規模

中國增材制造技術相對于歐美國家起步較晚,在經歷了初期產業鏈分離、原材料不成熟、技術標準不統一與不完善、以及成本昂貴等問題后,產業化步伐明顯加快,市場規模實現了快速增長。

中國增材制造市場規模

據前瞻產業研究院測算,2018年我國增材制造產業規模有望達到18.3億美元左右。另據中國增材制造產業聯盟統計,2018年中國增材制造產業增速維持在25%以上,同時提供增材制造服務的企業數量已經超過500家。

事實上,中國增材制造技術經過近三十年的發展,從基礎理論研究到關鍵設備的自主研發再到應用領域的不斷拓展,都取得了較為豐碩的成果。

例如,西安交通大學盧秉恒院士團隊利用光固化成型方法制作飛機風洞模型,促進了飛機創新設計與開發;北京航空航天大學王華明院士團隊和西北工業大學研究團隊利用激光燒結成型技術制造出飛機大型結構件;華中科技大學研究團隊利用選擇性激光燒結技術在玉柴、東風汽車等公司的發動機鋼鐵缸蓋等復雜鑄件蠟模和砂型快速制造中進行了應用,提升了企業發動機的自主研發能力。

02

中國增材制造產業發展史

中國增材制造產業發展史

03

增材制造技術生態鏈

在我國,增材制造技術經過多年的發展,已經形成了一條完整的生態鏈。經過相關查閱資料,當下業界對增材制造技術的生態鏈有兩種表述,一種是增材制造技術的生態鏈主要涉及逆向工程、軟件提供商、服務提供商、系統提供商和材料五個部分;另一種是將增材制造技術的生態鏈概括為上游、中游、下游三層。其中,上游為增材制造材料與軟件的研發制造層,中游為增材制造設備研發制造層,下游為面向消費者和企業的應用層。

增材料制造技術生態鏈

筆者認為,整個增材制造市場,可按照生態鏈的價值劃分為材料、軟件、技術和服務四個大類。盡管現階段從事增材制造的企業的業務時常交叉出現,例如,增材制造設備制造商不僅僅專注于設備及配套設備的制造,也會拓展到相關技術、材料研究、軟件開發、咨詢和其他服務等方面。但就增材制造發展現狀而言,當前我國還沒有出現一家企業能夠覆蓋增材制造技術的全生態鏈。

01

增材制造材料發展情況

材料是增材制造技術發展的重要物質基礎,材料的性能決定了增材制造能否有更廣泛的應用。發展至今,增材制造的材料種類已從過去的塑料成型擴展到了樹脂、石墨、陶瓷、金屬以及有機生物材料。根據3D科學谷的市場調研,當前中國增材制造市場在樹脂、尼龍、PLA、鈦合金、不銹鋼等材料的需求上占主導地位。

中國增材制造材料類別

總體上,我國增材制造材料發展較為迅速,生產商大都圍繞增材制造設備以及應用展開對材料體系的研制,另外還有一些從事化工龍頭的企業加入。

目前,國內從事增材制造材料生產的代表企業有銀禧科技(塑料)、瑞熙鈦業(鈦及鈦合金)、鉑力特(金屬)、飛而康(金屬)、華曙高科(尼龍和金屬)、聯泰科技(樹脂)、極光爾沃(PLA)、閃鑄科技(ABSPLA)、金石三維(光敏樹脂和ABS)、盈普(高分子粉體)、中瑞科技(樹脂、金屬、尼龍、陶瓷、覆膜砂等)、迅實科技(光敏樹脂和光固化蠟)、長朗科技(熱塑性塑料)、敬業增材(金屬粉末)、賽隆金屬(金屬粉末及粉末冶金制品)、光華偉業(PLA)、萬華化學(光敏樹脂和TPU)、捷諾飛(生物材料)等。

02

中國增材制造軟件發展情況

與國外發達國家相比,增材制造軟件依然是我國整個增材制造技術生態鏈發展的短板。盡管我國已經意識到軟件在增材制造過程中的重要性,但我國的增材制造軟件開發,在學術方面,更多是集中在科研課題和國家重點項目上;商業方面,通用型的增材制造軟件我國依然匱乏,期待未來能有國有軟件廠商能打破這一僵局。

中國增材制造軟件開發商

03

中國增材制造技術發展情況

根據前瞻產業研究整理的2018年數據顯示,當前光固化的設備占據中國市場主流,占比為39.8%,其次是選擇性激光熔化及材料擠出設備。事實上,自20世紀80年代中期SLA成型技術發展以來,國內外已經出現了十幾種不同的增材制造成型技術,目前在我國主流的增材制造技術包括SLA技術、SLM技術、SLS技術、DLP技術、FDM技術、LMD技術等。

市面上主流的增材制造成型技術

具體而言,國內SLM設備制造的廠商主要包括鉑力特、永年激光、漢邦科技、金石三維、易加三維、數造科技、西帝摩等;SLS設備制造廠商以銀禧科技、華曙高科、華科三維、盈普、中瑞科技、隆源成型、易博三維等為代表;SLA設備制造廠商主要有聯泰科技、極光爾沃、中瑞科技、金石三維、數造科技、長朗三維等;DLP設備制造廠商則以黑格科技、創必得、大族激光、閃鑄科技、迅實科技、先臨三維、恒通等為代表;FDM設備制造的典型廠商有弘瑞、創必得、西通電子、德迪、先臨三維、長朗三維等;LMD設備制造的廠商代表有煜宸激光、鑫精合、輝銳集團、天弘激光等。

04

中國增材制造服務發展情況

筆者理解的增材制造服務商有兩類,一類是生產端的服務商,包括材料生產廠商、增材制造設備制造商、增材制造產品生產商(主要面向應用端,如增材制造的義齒、醫療器械、汽車零部件等);另一類是業務端的服務商,包括增材制造解決方案提供商、增材制造服務平臺提供商、增材制造培訓、增材制造數據服務商(例如三維模型服務商、掃描服務商等)。

目前,市面上大多數的企業是以多種形式混合出現的,這源于當下增材制造細分領域并不成熟,每家企業嘗試多頭發展以實現規模以上的盈利。得益于國家相關政策和部門的扶持,包括國家專項扶持基金、航空航天及軍工等企業對增材制造技術的支持,整個增材制造生態鏈中只有增材制造設備制造商最受市場歡迎。道理也較為簡單,要完成增材制造,必須要有設備;沒有設備,增材制造無從談起。

中國增材制造服務商

04

增材制造技術的應用場景

在增材制造應用方面,由于增材制造產業處于快速發展期,其應用成本相對較高,應用范圍相對較窄,整體產業規模相對于傳統制造規模依舊較小。這部分企業主要分布在北京、廣東、浙江等地,包括鑫精合、悅瑞三維、易加三維、黑格科技、科恒、德迪智能等。

具體到航空航天領域,中國航天科技集團五院529廠的增材制造技術已在載人航天、深空探測、遙感、通信等多個領域的正樣、初樣產品研制中得到廣泛應用,涉及型號近20個、零件產品300余件。

在軍用裝備領域,例如鑫精合打印的戰機鈦合金集熱窗框,點陣結構使重量減輕60%;一體化打印的鈦合金某型號航空連接梁架結構,整體高度1750mm,突破零件尺寸大、變形量難控制、制造周期長等傳統工藝制造瓶頸。除了在軍用戰機應用之外,中國第一款艦載戰斗機殲-15、多用途戰斗轟炸機殲-16、第一款本土隱形戰斗機殲-20的研發和制造也都使用了增材制造技術。

在汽車領域,增材制造在汽車的開發、設計、制造和銷售過程中發生了巨大變化,包括制造具有較高機械性能和光學要求的汽車零部件,實現更安全的輕量化設計、更低的成本、更短的開發與制造周期等。目前,包括奔馳、本田、福特、大眾以及中國汽車品牌吉利等眾多車企都圍繞增材制造技術展開積極應用與探索。

在生物醫療領域,增材制造不僅僅局限于假肢、植入物和醫療模型,也可以利用此技術制作微型工具,進行精確和復雜的手術,降低風險。同時,增材制造的組織、器官將有助于幫助減輕世界范圍內的醫療植入物短缺問題。

在教育領域,增材制造改變了傳統的教學規則。教師可以將增材制造技術引入教學實踐,提高課堂教學吸引力及互動性,達到更好的教學效果;學生通過增材制造項目的完成,可以培養他們的創新意識和動手能力,更有助于其團隊合作能力和問題解決能力的提升。

05

總結

透過2018年中國增材制造行業的發展觀察,筆者發現:中國增材制造技術正處于快速發展初期,整個行業“小而散、同質化”的現象較為嚴重,即企業數量越來越多,但真正上規模的少,大部分企業都是在靠賣設備生存。與發達國家相比,我國的增材制造生態鏈建設在材料、軟件、成型技術、服務等指標上還有很大差距。

因此,我國增材制造技術的規模化應用,還有很長的路要走。圍繞增材制造技術的生態鏈,接下來幾年會有更多的企業通過不斷攻克新技術、建立新的合作伙伴關系,引導增材制造技術進一步向生產制造方向演化。同時,隨著物聯網、機器學習和人工智能等技術的發展,未來增材制造有望真正以附加值創造的方式與傳統制造業深度結合,重塑企業的競爭力。

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