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1、行業(yè)概述
增材制造又稱“3D 打印”,是基于三維模型數(shù)據(jù),采用與傳統(tǒng)減材制造技術(shù)(對(duì)原材料去除、切削、組裝的加工模式)完全相反的逐層疊加材料的方式,直接制造與相應(yīng)數(shù)字模型完全一致的三維物理實(shí)體模型的制造方法,將對(duì)傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響,是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù),集合了信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)材料技術(shù)與數(shù)字制造技術(shù),是先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分。
其基本原理為:以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本,通過軟件分層離散和數(shù)控成形系統(tǒng),將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)二維平面,利用激光束、熱熔噴嘴等方式將粉末、樹脂等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié),最終疊加成形,制造出實(shí)體產(chǎn)品。增材制造將復(fù)雜的零部件結(jié)構(gòu)離散為簡(jiǎn)單的二維平面加工,解決同類型零部件難以加工難題。
增材制造經(jīng)過近 40 年的發(fā)展,已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。上游涵蓋三維掃描設(shè)備、三維軟件、增材制造原材料類及 3D 打印設(shè)備零部件制造等企業(yè),中游以 3D 打印設(shè)備生產(chǎn)廠商為主,大多亦提供打印服務(wù)業(yè)務(wù)及原材料供應(yīng),在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位,下游行業(yè)應(yīng)用已覆蓋航天航空、汽車工業(yè)、船舶制造、能源動(dòng)力、軌道交通、電子工業(yè)、模具制造、醫(yī)療健康、文化創(chuàng)意、建筑等各領(lǐng)域。
(1)3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈上游
3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括 3D 建模工具和原材料。其中,3D 建模工具包括 3D建模軟件、3D 建模掃描儀和 3D 模型數(shù)據(jù)平臺(tái)。與此相對(duì)應(yīng),聚集在產(chǎn)業(yè)鏈上游的企業(yè)包括三維軟件開發(fā)商以及耗材生產(chǎn)商等。增材制造原材料主要包括金屬增材制造材料、無(wú)機(jī)非金屬增材制造材料、有機(jī)高分子增材制造材料以及生物增材制造材料等幾類。
(2)3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈中游
增材制造設(shè)備是牽動(dòng)增材制造行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一。增材制造設(shè)備可分為桌面級(jí)打印機(jī)和工業(yè)級(jí)打印機(jī)。近年來(lái)隨著國(guó)外桌面級(jí)打印機(jī)相關(guān)專利保護(hù)到期,技術(shù)壁壘下降,國(guó)內(nèi)桌面級(jí)打印機(jī)廠家數(shù)量急劇增長(zhǎng),新進(jìn)企業(yè)增多,加大了國(guó)內(nèi)桌面級(jí)增材制造市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)程度。與桌面級(jí)打印機(jī)市場(chǎng)相比,工業(yè)級(jí)打印機(jī)技術(shù)壁壘高,資本投入大,但隨著當(dāng)前工業(yè)級(jí)增材制造產(chǎn)業(yè)受到國(guó)家政策大力支持,整個(gè)市場(chǎng)目前已呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)形勢(shì)。
3D 打印的核心專利大多被設(shè)備廠商掌握,因此在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位,這些設(shè)備生產(chǎn)廠商大多亦提供打印服務(wù)業(yè)務(wù),近年來(lái),3D 打印行業(yè)整合加劇,通過并購(gòu) 3D打印軟件公司、材料公司、服務(wù)提供商等,設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合方案提供商,加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的整體掌控能力。
(3)3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈下游
增材制造技術(shù)的下游應(yīng)用以航空航天、軍工、船舶工業(yè)、核工業(yè)、汽車工業(yè)、軌道交通及醫(yī)療為主。目前該技術(shù)在下游行業(yè)的應(yīng)用方式主要分為直接制造、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和原型制造。直接制造是指根據(jù)三維模型,直接用增材制造技術(shù)生產(chǎn)最終產(chǎn)品,具有產(chǎn)品定制性強(qiáng)與產(chǎn)品精度硬度高的特點(diǎn),是未來(lái)增材制造技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。
與傳統(tǒng)制造相比,采用增材制造技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證及原型制造,可節(jié)約時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本。此外,增材制造在維修領(lǐng)域也具有市場(chǎng),使用增材制造技術(shù)不僅能簡(jiǎn)化維修程序,還可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的高還原度與制造材料原型匹配的功能。