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控制工程网版权所有,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www.cechina.cn,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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www.cechina.cn,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控制工程网版权所有,将成为我国3D打印产业下一步发力重点。