3D打印发展现状及趋势战略研究() .pdf
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1、3D打印发展现状及趋势战略研究(2013年) 战略性新兴产业系列 赛迪顾问股份有限公司(HK08235) 中 国 电 子 信 息 产 业 发 展 研 究 院 3D打印发展现状及趋势 战略研究(2013年) 战略性新兴产业系列 目 录 信息时代的智 造者 赛迪顾问股份有限公司(简称赛迪顾问)是中国首家在香港创业板上市,并在 业内率先通过国际、国家质量管理与体系(ISO9001)标准认证的现代咨询企业(股票 代码:HK08235),直属于中华人民共和国工业和信息化部中国电子信息产业发展研究 院。经过多年的发展,目前公司总部设在北京,旗下拥有赛迪世纪信息工程顾问、赛 迪经智投资顾问、赛迪经略企业管理
2、顾问、赛迪方略城市经济顾问和赛迪监理五家控 股子公司,并在上海、广州、深圳、西安、武汉、南京等地设有分支机构,拥有300 余名专业咨询人员,业务网络覆盖全国200多个大中型城市。 赛迪顾问凭借自身在行业资源、信息技术与数据渠道等竞争优势,能够为客户 提供公共政策制定、产业竞争力提升、发展战略与规划、营销策略与研究、人力资源 管理、IT规划与治理、投融资和并购等现代咨询服务,服务对象既包括政府各级主管 部门与各类开发区,又涵盖新一代信息技术、节能环保、生物、高端装备制造、新材 料和新能源等战略性新兴产业的行业用户,致力成为中国本土的城市经济第一智库、 企业管理第一顾问、信息化咨询第一品牌。 详情
3、请浏览: 赛迪顾问股份有限公司 北 京 地 址:北京市海淀区紫竹院路66号赛迪大厦10层 邮 编:100048 电 话:0086-10-88558866/8899/9900 传 真:0086-10-88559009 电子邮箱: 上 海 地 址:上海市静安区乌鲁木齐北路480号万泰国际12层1202 邮 编:200040 电 话:0086-21-64689608 传 真:0086-21-64689205 电子邮箱: 广 州 地 址:广州市天河区先烈东路190号粤海凯旋大厦10层 邮 编:510500 电 话:0086-20-66611034/1040 传 真:0086-20-66611039 电
4、子邮箱: 南 京 地 址:南京市江东北路196号02栋101室 邮 编:210034 电 话:0086-25-86664129/13382030218 传 真:0086-25-86664129 电子邮件: 西 安 地 址:西安市高新二路山西证券大厦2007室 邮 编:710075 电 话:0086-29-88489248/18691802509 传 真:0086-29-88489248 电子邮箱: 武 汉 地 址:武汉市东湖新技术开发区武大科技园宏业楼 邮 编:430223 电 话:0086-27-87970477/18607145199 传 真:0086-27-87970477 电子邮箱:
5、深 圳 地 址:深圳市南山区高新中一道9号软件大厦1005室 邮 编:518057 电 话:0086-755-36630368/18665897695 传 真:0086-755-86523500 电子邮箱: 3D打印发展现状及趋势战略研究(2013年) 目 录 前 言 1 一、研究背景 1 二、研究目的 1 第一章 3D打印概况 2 一、3D打印的定义 2 二、3D打印的流程 2 1、设计环节 2 2、打印环节 3 3、总结 5 三、3D打印的发展历史 5 四、3D打印的应用领域 6 第二章 3D打印产业现状 8 一、3D打印产业现状 8 二、3D打印产业区域现状 9 1、全球3D打印发展情况
6、 9 2、中国3D打印发展情况 10 三、3D打印技术现状 11 四、3D打印企业现状 12 1、国外企业 12 2、国内企业 13 第三章 3D打印未来发展 15 一、3D打印带来的影响 15 1、宏观 15 2、微观 16 二、3D打印发展遇到的挑战 17 1、技术层面 17 信息时代的智 造者 赛迪顾问股份有限公司(简称赛迪顾问)是中国首家在香港创业板上市,并在 业内率先通过国际、国家质量管理与体系(ISO9001)标准认证的现代咨询企业(股票 代码:HK08235),直属于中华人民共和国工业和信息化部中国电子信息产业发展研究 院。经过多年的发展,目前公司总部设在北京,旗下拥有赛迪世纪信
7、息工程顾问、赛 迪经智投资顾问、赛迪经略企业管理顾问、赛迪方略城市经济顾问和赛迪监理五家控 股子公司,并在上海、广州、深圳、西安、武汉、南京等地设有分支机构,拥有300 余名专业咨询人员,业务网络覆盖全国200多个大中型城市。 赛迪顾问凭借自身在行业资源、信息技术与数据渠道等竞争优势,能够为客户 提供公共政策制定、产业竞争力提升、发展战略与规划、营销策略与研究、人力资源 管理、IT规划与治理、投融资和并购等现代咨询服务,服务对象既包括政府各级主管 部门与各类开发区,又涵盖新一代信息技术、节能环保、生物、高端装备制造、新材 料和新能源等战略性新兴产业的行业用户,致力成为中国本土的城市经济第一智库
8、、 企业管理第一顾问、信息化咨询第一品牌。 详情请浏览: 赛迪顾问股份有限公司 北 京 地 址:北京市海淀区紫竹院路66号赛迪大厦10层 邮 编:100048 电 话:0086-10-88558866/8899/9900 传 真:0086-10-88559009 电子邮箱: 上 海 地 址:上海市静安区乌鲁木齐北路480号万泰国际12层1202 邮 编:200040 电 话:0086-21-64689608 传 真:0086-21-64689205 电子邮箱: 广 州 地 址:广州市天河区先烈东路190号粤海凯旋大厦10层 邮 编:510500 电 话:0086-20-66611034/104
9、0 传 真:0086-20-66611039 电子邮箱: 南 京 地 址:南京市江东北路196号02栋101室 邮 编:210034 电 话:0086-25-86664129/13382030218 传 真:0086-25-86664129 电子邮件: 西 安 地 址:西安市高新二路山西证券大厦2007室 邮 编:710075 电 话:0086-29-88489248/18691802509 传 真:0086-29-88489248 电子邮箱: 武 汉 地 址:武汉市东湖新技术开发区武大科技园宏业楼 邮 编:430223 电 话:0086-27-87970477/18607145199 传 真
10、:0086-27-87970477 电子邮箱: 深 圳 地 址:深圳市南山区高新中一道9号软件大厦1005室 邮 编:518057 电 话:0086-755-36630368/18665897695 传 真:0086-755-86523500 电子邮箱: 战略性新兴产业系列 2、经济层面 17 3、社会层面 18 第四章 3D打印产业发展建议 19 一、实施产业宏观规划和引导 19 二、借助重大项目培育龙头企业 19 三、推进3D打印技术创新体系的建设 19 附录 20 实际案例 20 1、工业领域用3D打印机制造飞机 20 2、消费领域在线创作并3D打印一个mini版的自己 21 3、医疗领
11、域利用3D打印治疗癌症 22 3D打印发展现状及趋势战略研究(2013年) 前 言 一、研究对象 序号名称解释 13D打印 在技术上属于增材制造的一种实现形式,现在普遍被用来描述增材制造行业。其他 行业代名词还有快速成型、直接数字制造、固体自由加工等。本文中所指代的是增 材制造。 2快速成型 快速成型(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术,是为制造业企业 新产品开发服务的一项关键共性技术,对促进企业产品创新、缩短新产品开发周 期、提高产品竞争力有积极的推动作用。不同种类的快速成型系统因所用成形材料 不同,成形原理和系统特点也各有不同。 3第三次工业革命 来自于美国作者杰里米里夫金(J
12、eremy Rifkin)在书第三次工业革命新经 济模式如何改变世界提及的概念。作者描述了与现在生产方式迥异的新一代制造 业形式。 二、研究目的 3D打印是近期最为热点的技术之一,对制造业的发展有颠覆性的影响,已经成为众多国家关注的重点领 域。 3D打印技术的发展已经有较长的历史了,但是一直缺少突破点,尤其在应用领域。以美国为首的发达国 家,在3D打印技术领域已经有了较好的积累,而中国在这个领域还欠缺影响力。十八大的召开,将产业的转 型升级提上日程,尤其是传统的制造业。而新材料和高端装备制造两个战略性新兴产业的落地执行,为3D打 印的突破奠定了相关技术基础。但是3D打印技术由于在技术上存在瓶颈
13、,国家政策的关注度尚不足,其市场 前景仍需培育。 赛迪顾问持续跟踪3D打印技术的发展,追朔3D打印产业的各个环节,对其细分行业进行研究,旨在为 国家和地方提前进行3D打印布局和产业决策提供参考。 战略性新兴产业系列 第一章 3D打印概况 一、3D打印的定义 3D打印技术是增材制造的一种形式,是指根据3D模型,使用堆积处理技术,采用分层加工、迭加成形 的方式逐层增加材料来生成3D实体。3D打印有别于传统制造业对于物品的制造由整体进行切割,而是从计算 机所建立的模型开始逐步的增材制造,不仅节省了大量的材料,使得复杂产品能够容易的实现,更极大地缩 短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。 3D打
14、印技术的魅力在于它的便捷性,一台3D打印机加上材料和设计图,能够实现物品的输出,不需要 工厂的涉足,不需要物流的运送,不需要商店的出售。如今,3D打印技术已经在多个领域得到应用,人们用 它来制造服装、建筑模型、人造牙齿、低精度机器零件等。 二、3D打印的流程 1、设计环节 使用CAD或者动画建模软件将实体物件转化为计算机虚拟图形,并实现分层切割直至组成完整形状。这 就是3D打印的设计部分,整个过程是所见即所得的,虚拟模型和物理模型是相同的。除此之外还有三维扫描 等手段来辅助原始模型的建立。具体操作步骤如下: 第一步:计算机辅助设计(CAD)用CAD软件建造一个虚拟模型,从而预测打印出的物体在不
15、同的 情况下表现如何。此外,通过这种方法,能为产品结构的完整性提供检测线索。 第二步:转到STL(standard tessellation language)从CAD制图转换到STL模板。STL是1987年为 三维制造系统开发出的文件格式,供立体光固化成型(stereo lithography apparatus,SLA)设备使用。 第三步:转到3D打印机器和STL文件处理用户将STL的文件拷贝到计算机中,由计算机控制3D打印 机工作。 3D打印发展现状及趋势战略研究(2013年) 图1 3D打印设计环节 资料来源:维基百科,赛迪顾问整理 2012,12 2、打印环节 对于设计好的模型,选取
16、打印的材料,通常由液体、粉末或片材几种组成。要执行打印的设备读取软件 模型并按层建立模型。最终的产品与软件模型的截面显示图一一对应,通过对材质的处理,使得各层能够黏 合成为一个整体。 战略性新兴产业系列 图2 3D打印打印环节 熔融成型:1喷射融化材料,2沉淀材料,3控制位移 资料来源:维基百科,赛迪顾问整理 2012,12 取决于构建的模型大小、复杂性和选择的方法会影响产品成型的时间。打印环节的具体实施步骤如下: 第四步:初始化设备每一台机器都有初始配置,不仅包括填充聚合物、粘合剂和打印机所需要的其 他材料,同时也需要安装一个物品存放盘作为器皿,或者使用一种能够建立水溶性支撑结构的材料。 第
17、五步:建造制造过程几乎是自动化的。取决于物体的大小、使用的材料和打印机本身,建造过程 可能会持续数小时甚至数天。 第六步:拿取将打印好的产品从机器里取出来要采取相应的保护措施避免刚制作的产品受损。 第七步:后期加工对许多3D打印机打印出的产品需要做一些后期处理,包括去除所有的残留粉末, 或是冲洗产品以除去水溶性的支撑结构。由于一些材料需要时间硬化,所以刚打印出的产品在这个环节是十 分脆弱的,需要良好的保护。 3D打印发展现状及趋势战略研究(2013年) 3、总结 传统制造业的注塑、整体切割等技术可以更便宜、更大量的生产产品,但3D打印生产相对小批量零件 时,可以更快,更灵活,成本更低。 三、3
18、D打印的发展历史 实际上,发明家Charles Hull生产出第一台3D打印机以来,3D打印技术已经发展了近30个年头。从一个 为设计师、建筑师、实验室生产原型的工具,到媒体、大众所关注的议题。这种变化体现了3D打印技术在几 十年间取得的突飞猛进的发展,设备的价格从昂贵到比较便宜,性能从简陋到强大,设备体积从大到小,使 用范围从窄到广。 年份细节 1986年 Charles Hull离开了原来为之工作的Ultra Violet Products,开始成立一家名为3D Systems的公司, 开始专注发展3D打印技术,这是世界上第一家生产3D打印设备的公司,而它所采用的技术被称之为 “立体光刻(
19、Stereolithography)”,利用紫外线照射将树脂凝固成形,以此来制造物体。到1988 年,3D Systems开始生产第一台3D打印机SLA-250,体型非常庞大。 1988年 Scott Crump发明了另外一种3D打印技术Fused Deposition Modeling,并成立公司Stratasys。这个技 术的特点是它能利用腊、ABS、PC、尼龙等热塑性材料来制作物体,具备性能优良的特点。 1989年 C.R. Dechard发明 Selective Laser Sintering,利用高强度激光将材料粉末烤结,直至成型。这种技术 的特点在选材范围广泛,比如尼龙、腊、ABS
20、、金属和陶瓷粉末等都可以作为原材料。 1993年 麻省理工大学教授Emanual Sachs发明Three-Dimensional Printing技术(非泛指的3D打印技术), 利用金属、陶瓷等粉末,通过粘接剂在一起成型。这种技术的优点在于制作速度快,价格低廉,然而 成品的强度较低。1995年,Z Corporation获得麻省理工大学的许可,利用技术来生产3D打印机。 1996年 3D Systems、Stratasys、Z Corporation分别推出Actua 2100、Genisys、Z402,第一次使用了“3D 打印机”的称谓。 2005年 Z Croporation发布Spec
21、trum Z510,这是世界上第一台高精度彩色3D打印机;同一年,英国巴恩大学 的Adrian Bowyer发起开源3D打印机项目RepRap,它的目标是作出“自我复制机”,通过3D打印机 本身,能够制造出另一台3D打印机。 表1 3D打印发展历史 资料来源:赛迪顾问 2012,12 战略性新兴产业系列 随着3D打印技术的种类变多,3D打印机可选的原材料范围也在变广.从树脂到塑料到陶瓷到金属。最重 要的是,3D打印机的价格在不断下降,1999年3D Systems的SLA 7000标价80万美元,而今年年初推出的 Cube要价仅1299美元。低价并不低能,Cube,不仅支持彩色打印,还支持无线
22、连接,免费提供设计软件, 让平板电脑发挥设计的潜力。除了3D System这样老牌的3D打印机生产商以外,一些新兴的3D打印机生产商 也把目标放在“小型、价廉的3D打印机”上,比如2009年成立的MakerBot,它的产品售价仅为1749美元, 不仅如此,最近创立的Soldoodle生产的3D打印机仅499美元(Basic版),而在Kickstarter上,出现了售价仅 为300美元的3D打印机Makibox。 随着3D打印机的成本越来越低,围绕它所提供的服务也越来越多。例如用户自行设计一些3D草图或者 从thingiverse上获取原图,发送给服务提供商之后,服务提供商会将利用3D打印技术制
23、造的产品快递回用户 手中。未来可用材料的不断增加,促使3D打印服务成本降低,3D打印从实验室走向大众是一个必然过程。 四、3D打印的应用领域 几年前,只有少数的专业设计工程师使用个人3D打印技术,而且往往仅限于概念模型和一些原型的打 印。3D打印一度被认为是新颖的奢侈品,然而事实证明3D打印技术能产生长期的战略价值它可以提高从 概念设计到产品制造的能力,并缩短产品上市时间。如今,3D打印技术使得越来越多的创作者能进行快速个 人3D打印,享受其为创作过程带来的便捷。 领域实例 制造领域 产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证;制作模具原型或直接打印模具,直接打印产品。3D 打印的小型无人飞机
24、、小型汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型,也被用于企业的宣传、 营销活动中。 生物医疗人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。 教育领域 模型验证科学假设,用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校,3D打印机 已经被用于教学和科研。 建筑工程建筑模型风动试验和效果展示,建筑工程和施工(AEC)模拟。 设计领域 形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影阿凡达运用3D打印塑造了部分角色和道 具,3D打印的小提琴接近了手工艺的水平。 消费品珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。 航空航天复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件、机构的直接制造。 表2 3D打
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