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【产业研究】3D打印产业之行业发展

   日期:2023-08-04 13:56:58     来源:网络整理    作者:本站编辑    评论:0    
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近年来,元宇宙、XR等概念爆火,3D打印作为链接物理世界与虚拟世界的重要接口之一,吸引了大批极客、创客、设计及专业人士群体,加速了打印速度、3D建模等技术难题被逐一攻克,为消费级3D打印的发展夯实了基础。




什么是3D打印
3D打印,即快速成型技术的一种,又称增材制造技术(AM),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打印本质是增材制造(AM)技术,依托计算机辅助设计(CAD)、大数据、云计算、计算机辅助制造(CAM)、物联网、虚拟现实(VR)等技术支撑,将数字化或电脑模型,通过逐层堆积的方式而直接形成3D物体的制造工艺。与传统制造技术(减材制造、等材制造)相比,3D打印(增材制造)不需要事先制造模具,不必在制造过程中去除大量的材料,也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品,具有“去模具、减废料、降库存”的特点。在生产上可以优化结构、节约材料和节省能源,极大地提升了制造效率,同时实现“设计引导制造”理念。

3D打印工作流程

3D打印操作流程通常分为三步:

打印前

首先打印前需要依靠计算机和特定软件将所需产品的模型搭建在系统中,再通过优化调整、 分层切片、规划路径等操作完善前期准备工作。

打印中

打印制作过程中,利用3D打印设备按照规划设计的模型和路径将材料逐层堆积,获得制成品。

打印后

打印后按需将成品进行外表处理后投入使用进行实际检验。


3D打印的优势

生产成本降低


不同于传统制造企业通过批量生产单一产品形成规模经济,3D打印依靠同一台设备生产多样产品。企业通过增加产品种类降低生产的单位成本,从而达到范围经济。具体而言,生产的主要成本可分为物料成本,机器折旧,耗材成本和人工成本几方面。3D打印无需模具和机械加工,减少开模次数,简化了生产过程,降低了生产装配成本和耗材成本。同时,增材制造被视为无人值守的制造过程,需要的人力成本较少,并且一次成型,减少废料,提高材料利用率,也有助于减少用料成本。

3D打印在不同行业减少多类型成本

航空航天燃烧室:3D打印降低费用成本50%

义齿金属内冠:3D打印降低人工成本70%

压缩磨具:3D打印降低时间成本50%


生产可预测性好


3D打印时间、成形变形量、成形精度等可通过3D打印技术及辅助技术进行预测,并可以通过调整模型使得零件构型可测、可控。


材料无限融合


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3D打印技术的发展,已经有能力实现不同原材料的融合。


3D打印行业发展进程
01
研发阶段

科学研发推动3D打印发展

2009年之前3D打印专利申请数量维持在个位数,2009~2015年许多领先的工业3D打印专利到期,随着3D打印核心技术的释放,降低了行业准入门槛与成本,激发了市场活力,推动了产业化进程。2009年熔融层积成型(FDM)专利到期后, 促进了中国3D打印机的发展,专利布局集中在提升可靠性和降低成本;2012年后,随着各大高校和科研院所积极参与研究、3D打印公司深入布局核心专利,3D打印专利授权量迎来了爆发;2014年是专利到期的高峰年,SLS和SLM核心技术专利陆续到期,推动了金属3D打印商业化。

2021年中国3D打印专利授权主要集中在制造工具和医药科学领域,而服饰、 食品科学等消费级领域数量较少。

02
产业化阶段


3D打印不断向产业化迈进
近年来,3D打印热度不断提升。2021年,国内共有3D打印融资案例34例,国外共有融资案例108例,相比于2019年均有较大增长。中国3D打印头部企业快速布局3D打印产业化,多家企业拥有较高的3D打印设备与材料年产能/年销量。

目前国内工业级3D打印设备与材料主要供给国内,而消费级3D打印设备主要销往国外。根据3D行业专家的观点,这是由于国内原材料较为便宜,加工3D打印设备成本较低,且国内消费级供应链较为完善,已经可以满足鞋子、衣服等日用品的需求,3D打印的用途没有完全凸显,国外则更需要3D打印简化供应链。

03
未来发展形态


3D打印向离散型生产模式发展

随着消费升级推动技术进步,未来3D打印市场竞争较为分散。在工业级满足高精尖需求,在消费级则更为离散,满足每个消费者的需求,甚至可能更多应用于客户更愿意溢价支付的产品。目前公司和个人更偏向于通过3D打印平台生产订单, 同时也有企业建立自己的3D打印中心。未来3D打印平台会进一步向3D打印农场发展,通过云端联网多机集群高效率管理, 实行简单操作指令就可以控制上百台3D打印机,大大提高了时间效率,节约了人力成本,实现个性化批量生产。



END


专题研究员丨陈聪聪
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