向智能制造強國、大規(guī)模應(yīng)用邁進,看3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新機會

時間:2023-04-04

來源:融象數(shù)科

導語:近年來,3D打印在全球范圍內(nèi)迅速崛起,成為一個備受關(guān)注的新興產(chǎn)業(yè)。雖然3D打印技術(shù)的起源并不算是最近的事情,但是隨著技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用場景的不斷拓展,3D打印市場的規(guī)模也在不斷擴大。

  與智能機器人、人工智能并稱為實現(xiàn)數(shù)字化制造三大關(guān)鍵技術(shù)的3D打印技術(shù)屬于新一代綠色高端制造業(yè),這項技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)構(gòu)成了新一輪數(shù)字化制造浪潮的重要基礎(chǔ)。大力發(fā)展增材制造是我國多年來在制造業(yè)領(lǐng)域的政策布局,增材制造業(yè)的發(fā)展是促進高端裝備與新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展突破、引領(lǐng)中國制造在“十四五”期間實現(xiàn)新跨越的重要舉措。3D打印因其固有的“去模具、減廢料、降庫存”等特點,已經(jīng)逐漸成為當前制造方式的重要補充。加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展,符合我國發(fā)力增材制造產(chǎn)業(yè)的目標,有利于國家在全球科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)競爭中占領(lǐng)高地,進一步推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強國”轉(zhuǎn)變,促進創(chuàng)新型國家建設(shè),加快創(chuàng)造性人才培養(yǎng)。

3D打印

  3D打印產(chǎn)業(yè)的上游包括原材料、核心硬件及3D掃描儀、3D打印軟件等;中游為各技術(shù)類型的3D打印設(shè)備,主流的三大技術(shù)為FLM、SLA、SLM;下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,覆蓋機械制造、消費電子、汽車行業(yè)、航空航天、醫(yī)療行業(yè)等。

  3D打印的原材料取材較為廣泛,我國3D打印產(chǎn)業(yè)原材料分為金屬材料和非金屬材料兩種。金屬材料的純凈度、顆粒度、均勻度、球化度、含氧量等指標都對最終的打印產(chǎn)品性能影響極大。目前在3D打印行業(yè)得到應(yīng)用的金屬粉末主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金等,此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。在我國整個3D打印市場中,鈦合金、鋁合金、不銹鋼分別占20.2%、10.0%、9.1%,合計占比39.3%,其余60.6%均為非金屬材料,包括尼龍、PLA、ABS塑料、樹脂等。

  3D產(chǎn)業(yè)中游是經(jīng)銷商等通過對各種技術(shù)手段對原材料進行加工,使其成為符合3D打印標準的3D打印材料,并利用3D打印設(shè)備,提供3D打印服務(wù)等。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看,2021年3D打印設(shè)備占據(jù)近一半市場份額,3D打印材料、3D打印服務(wù)分庭抗禮,市場份額分別為24.0%、26.5%。

  上面提到的技術(shù)手段與3D打印設(shè)備的分類緊密相關(guān)。其中如FFF(熔融長絲制造)、FDM(熔融沉積成型)、FLM(熔接層建模/制造)和FFM(熔絲成型)等技術(shù),其內(nèi)在原理都是將各種熱熔性的絲狀材料(如蠟、PLA、ABS和尼龍等)加熱熔化成形。而SLA(光固化成型技術(shù))和SLM(選擇性激光燒結(jié)/融化)則以激光作為能量源,通過層面固化或?qū)用鎾呙璧确绞疆a(chǎn)出三維實體。目前熱熔和激光成型是3D打印領(lǐng)域的主流技術(shù),直接決定了3D打印設(shè)備的種類。

  現(xiàn)階段,3D打印下游主要應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域,以制造業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域最為集中。其中機械行業(yè)產(chǎn)值占比為17.5%,為3D打印行業(yè)下游的主要應(yīng)用領(lǐng)域;消費電子產(chǎn)值占比為16.6%,排名第二;汽車下游應(yīng)用產(chǎn)值占比為16.1,%排名第三,僅次于消費電子的應(yīng)用需求。未來,隨著電子和汽車工業(yè)的發(fā)展,兩個領(lǐng)域的產(chǎn)值規(guī)模有望進一步提升。

  3D打印技術(shù)作為新一輪產(chǎn)業(yè)革命的代表性技術(shù)之一,關(guān)系到我國許多行業(yè)健康發(fā)展。近年來,我國多部門相繼出臺3D打印產(chǎn)業(yè)政策,鼓勵3D打印行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新,如《2021年度實施企業(yè)標準“領(lǐng)跑者”重點領(lǐng)域》《醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2025年)》(征求意見稿)《“先進結(jié)構(gòu)與復合材料”重點專項2021年度項目申報指南建議(征求意見稿)》等產(chǎn)業(yè)政策為3D打印行業(yè)的發(fā)展提供了明確、廣闊的市場前景,為企業(yè)提供了良好的生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境。

  據(jù)市場研究公司Statista的數(shù)據(jù)顯示,全球3D打印市場的規(guī)模從2014年的76億美元增長到了2022年的148億美元,預(yù)計到2027年將達到328億美元。這顯示出3D打印市場進入了一個快速成長的階段,其潛力也在逐步釋放。除政策層面推動外,中國制造企業(yè)近年來積極引進3D打印技術(shù),代替或改進企業(yè)原有生產(chǎn)方式,提高企業(yè)生產(chǎn)智能化水平。

  隨著技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用場景的不斷拓展,未來十年,全球3D打印產(chǎn)業(yè)將仍處于高速增長期,航空航天、汽車、航海、核工業(yè)以及醫(yī)療器械領(lǐng)域?qū)饘?D打印的需求旺盛,應(yīng)用端呈現(xiàn)快速擴展趨勢。未來,3D打印技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從簡單的概念模型向功能部件直接制造、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方向發(fā)展;更具針對性和應(yīng)用價值的3D打印設(shè)備的制造和普及,將成為我國3D打印產(chǎn)業(yè)下一步發(fā)力重點。

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