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向智能制造强国、大规模应用迈进,看3D打印技术的产业创新机会

国际金属加工网 2023年04月25日

近年来,3D打印在全球范围内迅速崛起,成为一个备受关注的新兴产业。虽然3D打印技术的起源并不算是最近的事情,但是随着技术的不断突破和应用场景的不断拓展,3D打印市场的规模也在不断扩大。

与智能机器人、人工智能并称为实现数字化制造三大关键技术的3D打印技术属于新一代绿色高端制造业,这项技术及其产业构成了新一轮数字化制造浪潮的重要基础。大力发展增材制造是我国多年来在制造业领域的政策布局,增材制造业的发展是促进高端装备与新材料产业发展突破、引领中国制造在“十四五”期间实现新跨越的重要举措。3D打印因其固有的“去模具、减废料、降库存”等特点,已经逐渐成为当前制造方式的重要补充。加快3D打印产业发展,符合我国发力增材制造产业的目标,有利于国家在全球科技创新和产业竞争中占领高地,进一步推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变,促进创新型国家建设,加快创造性人才培养。

3D打印产业的上游包括原材料、核心硬件及3D扫描仪、3D打印软件等;中游为各技术类型的3D打印设备,主流的三大技术为FLM、SLA、SLM;下游应用领域广泛,覆盖机械制造、消费电子汽车行业航空航天医疗行业等。

3D打印的原材料取材较为广泛,我国3D打印产业原材料分为金属材料和非金属材料两种。金属材料的纯净度、颗粒度、均匀度、球化度、含氧量等指标都对最终的打印产品性能影响极大。目前在3D打印行业得到应用的金属粉末主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金等,此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。在我国整个3D打印市场中,钛合金、铝合金、不锈钢分别占20.2%、10.0%、9.1%,合计占比39.3%,其余60.6%均为非金属材料,包括尼龙、PLA、ABS塑料、树脂等。

3D产业中游是经销商等通过对各种技术手段对原材料进行加工,使其成为符合3D打印标准的3D打印材料,并利用3D打印设备,提供3D打印服务等。从产业结构来看,2021年3D打印设备占据近一半市场份额,3D打印材料、3D打印服务分庭抗礼,市场份额分别为24.0%、26.5%。

上面提到的技术手段与3D打印设备的分类紧密相关。其中如FFF(熔融长丝制造)、FDM(熔融沉积成型)、FLM(熔接层建模/制造)和FFM(熔丝成型)等技术,其内在原理都是将各种热熔性的丝状材料(如蜡、PLA、ABS和尼龙等)加热熔化成形。而SLA(光固化成型技术)和SLM(选择性激光烧结/融化)则以激光作为能量源,通过层面固化或层面扫描等方式产出三维实体。目前热熔和激光成型是3D打印领域的主流技术,直接决定了3D打印设备的种类。

现阶段,3D打印下游主要应用于航空航天、医疗、汽车等领域,以制造业和医疗领域最为集中。其中机械行业产值占比为17.5%,为3D打印行业下游的主要应用领域;消费电子产值占比为16.6%,排名第二;汽车下游应用产值占比为16.1,%排名第三,仅次于消费电子的应用需求。未来,随着电子和汽车工业的发展,两个领域的产值规模有望进一步提升。

3D打印技术作为新一轮产业革命的代表性技术之一,关系到我国许多行业健康发展。近年来,我国多部门相继出台3D打印产业政策,鼓励3D打印行业发展与创新,如《2021年度实施企业标准“领跑者”重点领域》《医疗装备产业发展规划(2021-2025年)》(征求意见稿)《“先进结构与复合材料”重点专项2021年度项目申报指南建议(征求意见稿)》等产业政策为3D打印行业的发展提供了明确、广阔的市场前景,为企业提供了良好的生产经营环境。

据市场研究公司Statista的数据显示,全球3D打印市场的规模从2014年的76亿美元增长到了2022年的148亿美元,预计到2027年将达到328亿美元。这显示出3D打印市场进入了一个快速成长的阶段,其潜力也在逐步释放。除政策层面推动外,中国制造企业近年来积极引进3D打印技术,代替或改进企业原有生产方式,提高企业生产智能化水平。

随着技术的不断突破和应用场景的不断拓展,未来十年,全球3D打印产业将仍处于高速增长期,航空航天、汽车、航海、核工业以及医疗器械领域对金属3D打印的需求旺盛,应用端呈现快速扩展趋势。未来,3D打印技术的应用已经从简单的概念模型向功能部件直接制造、大规模产业应用方向发展;更具针对性和应用价值的3D打印设备的制造和普及,将成为我国3D打印产业下一步发力重点。



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