3D打印行业调研报告

3D打印行业调研报告 书目 一、3D打印介绍2 二、3D打印机工作原理和打印技术2 1. 工作原理2 2. 3D打印技术3 三、3D打印机优势及其用途4 四、3D打印机市场5 五、3D打印机生产厂商6 六、3D打印行业存在的问题7 1. 可供选择的耗材过少，打印产品用途单一7 2. 成本居高不下8 3. 效率低下，打印时间过长8 七、3D打印行业主要商业模式8 八、总结10 摘要 本小组通过网络调研、实地调查等方式对3D打印行业进行了调研，现形成该报告，主要内容包括3D打印机基本状况、工作原理、打印技术、产品用途、市场前景、国内外3D打印机厂商、行业瓶颈、主要商业模式等内容。 一、3D打印介绍 3D打印又称快速成形技术。诞生于20世纪80年头后期，是基于材料积累法的一种高新制造技术，它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以干脆将设计思想转变成现实原型。基本原理是“分层制造，逐层叠加”。 图1-1 杭州铭展生产的桌面级3D打印机 图1-2 杭州铭展桌面级3D打印机打印的模型 二、3D打印机工作原理和打印技术 1. 工作原理 3D打印机可以依据零件的形态，每次制作一个具有肯定微小厚度和特定形态的截面，然后再把他们逐层的“粘”起来。当然整个过程是在电脑限制下，由3D打印机系统完成的。不同公司制造的3D打印机所用 的成型材料一般不同，系统的工作原理也有所区分，但其基本原理都是一样的，也就是前面所说的“分层制造，逐层叠加”。3D打印机工作的过程可以打一个形象的比方例如要制作一个塑料材质的苹果，首先我们须要的就是在电脑上做出一个3D的苹果模型文件，然后在打印机里面放入原料材质，接着就可以起先打印了。打印系统在限制的时候会从这个苹果3D模型底部起先切成许多片，也就是上面说到的截面，一般最先起先制作的是底面的那一层，这时，系统会限制激光器在这一层截面的范围烧结原料（或挤出原料，这依据打印机的不同而有所差别），这一层做好就做上一层，直到整个苹果被“打印”出来。 2. 3D打印技术 从上世纪80年头3D打印诞生之后到如今，已经有十几种不同的打印技术，其中比较成熟的有“立体光固化成型法”、“选择性激光烧结法”、“分层实体制造法”等。 2.1 立体光固化成型法（SLA） 用特定的激光聚焦到光固化材料的表面，使之由点到线再由线到面依次凝固，完成一个层面的绘图作业，这样层层堆叠构成一个三维的实体。该技术是最早好用化的快速成型技术，一般采纳的原料为液态光敏树脂。这项技术主要用于制造多种模具、模型等。该技术成形速度快，精度较高，但是由于树脂固化过程中产生收缩，不行避开地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。 优势该技术是最早出现的快速成形制造工艺，成熟度高，经过时间的检验。加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具或模具 缺陷造价昂贵，维护成本过高，该系统是要对液体进行操作的精密设备，对工作环境要求高。产品多为树脂类，强度，耐热性有限，不利于长期保存。软件系统操作困难，入门门槛较高。 总结立体光固化成形法的发展趋势是高速化，节能环保与微型化。 2.2 选择性激光烧结（SLS） 该技术最早由美国德克萨斯高校奥斯汀分校提出，1992年美国DTM公司推出该技术的商业化生产设备，几十年来奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了大量的探讨工作，同时，德国的EOS公司在这一领域也做了许多探讨工作，并开发了相应的系列成型设备。国内也有多家单位进行SLS的相关探讨工作，如华中科技高校、南京航空航天高校、西北工业高校、中北高校等。 选择性激光烧结是采纳激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形态的零件。整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞上匀称铺上一层，计算机依据原型的切片模型限制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉。限制激光束再扫描烧结新层。如此循环，直到三维零件成型。 总结金属粉末SLS技术是近年来人们探讨的一个热点。实现运用高熔点金属干脆烧结成型零件，对用传统切削加工方法难以制造出的高强度零件，对快速成型技术更广泛的应用具有特殊重要的意义。据探讨人员介绍，该技术今后的发展方向应当是单元体系金属零件烧结，多元合金材料零件的烧结成型等。 2.3 分层实体制造法（LOM） LOM又称层叠成形，它以片材为原材料，激光切割系统依据计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热溶胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓，切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。LOM常用材料是纸，金属箔，塑料膜，陶瓷膜等。 LOM的技术特点是工作牢靠，成本低。缺点是不能制造中空构建。 成形材料涂敷有热敏胶的纤维纸。 主要用途快速制造新产品样件、模型等。 三、3D打印机优势及其用途 3D打印行业最早应用于工业领域，随着技术的发展，适用的制造领域范围不断扩大。近些年来，市场规模保持着较快的增速。从3D打印现有的技术优势和自身局限，以及将来的发展方始终看，这一技术在医疗、航空航天、消费电子和汽车行业的发展前景较为广袤。现阶段，除了医疗领域之外，3D打印技术对其他行业的贡献主要集中在产品设计和模具开发两个方面，随着技术的不断完善，这一技术的应用将会向行业的其他环节渗透。 同时，随着“创客”潮流的风靡，近些年来，3D打印设备在个人消费市场的需求急速膨胀。由于个人制造没有传统工业技术标准的约束，我们推断，将来仍将保持相对较快的发展速度，存在巨大的市场潜在需求。 随着技术的不断发展，3D打印已经逐步应用于制造业的各个领域。从近10年3D打印设备下游应用行业的分布来看，个人消费品（以电子行业为主）和交通运输设备占据主要份额；同时，医疗方面的占比在持续提升。而3D打印设备在航空航天领域的应用也稳中有升。 从详细用途来看，3D打印技术的应用主要集中在模具、工具加工（主要是产品设计中的样件制造）和功能性设计模型上。同时，近些年来，运用3D打印设备进行干脆部件制造的比例，从最初的几乎为零，起先渐渐跃升。 3D打印最突出的优点是无需模具就能够成型，也不须要机械加工，就能干脆从设计好的三维图形数据中打印出任何形态的物体。而传统的制造工艺最核心的一个环节就是要建模，许多高端产品能够设计出来，最大的困难是生产不出来。因此，3D打印意义的核心一是传统生产方式不能生产制造的特性化、困难高难度产品，通过3D打印技术都能够干脆制造；二是虽然传统方式能够生产制造，但投入成本太大，周期太长，通过3D打印技术可以实现快捷、便利、缩短周期、降低成本的目的。 图3-1 ABS工程塑料打印的困难曲面模型 图3-2 ABS工程塑料耗材 四、3D打印机市场 1987年3D system 公司运用立体平面印刷技术（SL