3D打印產(chǎn)業(yè)掘金正當(dāng)時(shí)

丁雪

工業(yè)和信息化部此前印發(fā)的《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《計(jì)劃》”），已將3D打印提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面?！队?jì)劃》提出到2016年，初步建立較為完善的增材制造產(chǎn)業(yè)體系，整體技術(shù)水平保持與國(guó)際同步。2012年，中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模為10億元，2014年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到50億元，《計(jì)劃》重點(diǎn)提出至2017年要培育5～10家年產(chǎn)值超過(guò)5億元、具有較強(qiáng)研發(fā)和應(yīng)用能力的3D打印企業(yè)，并支持3D打印企業(yè)境內(nèi)外上市。初步預(yù)計(jì)，2016年我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到100億元，2021年達(dá)到400億元左右，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為32%（如圖1所示）。

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈涉及諸多環(huán)節(jié)，包括3D打印機(jī)設(shè)備制造商、3D模型軟件供應(yīng)商、3D打印機(jī)服務(wù)商和3D打印材料的供應(yīng)商。因此圍繞3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)產(chǎn)生很多機(jī)會(huì)。在3D打印產(chǎn)業(yè)鏈里，除了出現(xiàn)大品牌的生產(chǎn)廠商外，也有可能出現(xiàn)基于3D打印提供服務(wù)的巨頭。

3D打印逐步邁入產(chǎn)業(yè)化，“增”“減”制造長(zhǎng)期共存

3D打印采用增材制造技術(shù)，是對(duì)以“減材制造”、“等材制造”為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，但并不是非此即彼的關(guān)系，而是并存互補(bǔ)的關(guān)系。

從歷史看，傳統(tǒng)制造業(yè)經(jīng)過(guò)了幾千年的積累和發(fā)展，技術(shù)、工藝、材料等已經(jīng)非常成熟，目前，3D打印產(chǎn)業(yè)主要成形技術(shù)主要包括立體光刻（DFM）、立體光固成型（SLA）、PVC塑料燙印復(fù)膜、熔融擠出成型（FDM）、三維噴繪打印、數(shù)字光處理。自從20世紀(jì)80年代中期SLA成型技術(shù)發(fā)展以來(lái)到90年代后期，出現(xiàn)了十幾種不同的快速成型技術(shù)，除前述幾種外，典型的還有3DP、SDM、SGC等。其中，SLA、LOM、SLS和FDM四種技術(shù)，仍然是3D打印技術(shù)的主流。

而3D打印則是一個(gè)新生事物，只有30多年的發(fā)展歷程，在速度、精度、強(qiáng)度等方面還有諸多限制。從現(xiàn)狀看，當(dāng)前3D打印市場(chǎng)份額十分有限，專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)Wohlers Associates發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2015年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模為51.65億美元，至2020年將達(dá)到212億美元，而這與數(shù)十萬(wàn)億美元的制造業(yè)市場(chǎng)相比，還微乎其微。

目前，國(guó)內(nèi)的3D打印行業(yè)主要集中在家電及電子消費(fèi)品、模具檢測(cè)、醫(yī)療及牙科正畸、文化創(chuàng)意及文物修復(fù)、汽車(chē)及其他交通工具、航空航天等領(lǐng)域。2012年，中國(guó)3D打印機(jī)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1.61億美元，至2015年，中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到7.78億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為69%（如圖2所示）。

相比傳統(tǒng)制造，3D打印研發(fā)周期更短、用料更省，在小批量、個(gè)性化定制等方面優(yōu)勢(shì)明顯，但在大規(guī)模生產(chǎn)方面存在著許多不足之處。增材制造雖然不能完全替代減材制造、等材制造，但作為傳統(tǒng)制造技術(shù)的有益補(bǔ)充，3D打印將極大地推動(dòng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

近幾年，桌面3D打印機(jī)“叫好又叫座”，銷(xiāo)量呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，而工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)則略顯慘淡。根據(jù)大數(shù)據(jù)公司CONTEXT的數(shù)據(jù)，2015年全球桌面3D打印機(jī)銷(xiāo)量增長(zhǎng)了33%，工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)則下降了9%；2016年上半年全球桌面3D打印機(jī)同比增加15%，工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)卻減少15%。桌面3D打印機(jī)門(mén)檻低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，是企業(yè)進(jìn)軍3D打印領(lǐng)域的較好入口。

但經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，桌面級(jí)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已近“白熱化”，加之利潤(rùn)小、精度低、實(shí)用性不佳，天花板效應(yīng)明顯。而工業(yè)級(jí)市場(chǎng)契合了智能制造的理念，可廣泛運(yùn)用于汽車(chē)、航空航天、機(jī)械工業(yè)、醫(yī)療等市場(chǎng)需求大、發(fā)展?jié)摿Υ蟮念I(lǐng)域，隨著技術(shù)的逐漸成熟和成本的不斷降低，將會(huì)爆發(fā)出難以想象的巨大能量。2015年底，全球3D打印巨頭3D Systems公司宣布停產(chǎn)消費(fèi)級(jí)桌面3D打印機(jī)，轉(zhuǎn)向更賺錢(qián)的專(zhuān)業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)市場(chǎng)；2016年初，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)大咖西通電子在珠海宣布全面進(jìn)軍工業(yè)級(jí)3D打印領(lǐng)域。而金屬3D打印被稱(chēng)為“3D打印王冠上的明珠”，是門(mén)檻最高、前景最好、最前沿的技術(shù)之一。同樣來(lái)自CONTEXT發(fā)布的數(shù)據(jù)，2015年全球金屬3D打印機(jī)銷(xiāo)量增長(zhǎng)了35%，2016年上半年同比增長(zhǎng)17%，可以說(shuō)是工業(yè)級(jí)3D打印領(lǐng)域逆勢(shì)上漲的一朵“奇葩”。

在汽車(chē)制造、航空航天等高精尖領(lǐng)域，有些零部件形狀復(fù)雜、價(jià)格昂貴，傳統(tǒng)鑄造鍛造工藝生產(chǎn)不出來(lái)或損耗較大，而金屬3D打印則能快速制造出滿(mǎn)足要求、質(zhì)量較輕的產(chǎn)品。2015年11月，奧迪公司使用金屬3D打印技術(shù)按照1∶2的比例制造出了Auto Union（奧迪前身）在1936年推出的C版賽車(chē)的所有金屬部件；2016年9月，GE斥資14億美元收購(gòu)了瑞典Arcam公司和德國(guó)SLM Solutions集團(tuán)2大金屬3D打印巨頭，加快布局3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件業(yè)務(wù)。此外，醫(yī)療器械、核電、造船等領(lǐng)域?qū)饘?D打印的需求也十分旺盛，應(yīng)用端市場(chǎng)正逐漸打開(kāi)。

材料瓶頸待攻克，“質(zhì)”“量”趨升“價(jià)”需降

近幾年來(lái)，3D打印行業(yè)的發(fā)展可謂是如火如荼，但在發(fā)展過(guò)程中，其限制因素也逐漸暴露——3D打印材料。3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)前制約3D打印產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料種類(lèi)得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料等3大類(lèi)。但與傳統(tǒng)材料相比，3D打印材料種類(lèi)依然偏少。以金屬3D打印為例，可用材料僅有不銹鋼、鈦合金、鋁合金等為數(shù)不多的幾種。

另外，3D打印對(duì)材料的形態(tài)也有著嚴(yán)格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價(jià)格比較昂貴，根本無(wú)法滿(mǎn)足個(gè)人與工業(yè)化生產(chǎn)的需要。足夠多“買(mǎi)得起”的材料才能為技術(shù)的發(fā)展提供足夠多的選擇空間、為應(yīng)用的擴(kuò)展提供足夠多的想象空間。未來(lái)，3D打印材料將成為研究開(kāi)發(fā)的焦點(diǎn)、資本涌入的風(fēng)口，材料種類(lèi)、形態(tài)將得到進(jìn)一步拓展，價(jià)格下降可期，精度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、安全性也更加有保障。

回顧2016年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又有一大波3D打印材料加入了這一陣營(yíng)之中。美國(guó)3D打印機(jī)制造商TypeAMachines與3D打印線(xiàn)材開(kāi)發(fā)商Polymaker就共同推出了一系列全新的3D打印線(xiàn)材——ProMatte，該線(xiàn)材打印出來(lái)的模型不需要進(jìn)行任何后期處理，比標(biāo)準(zhǔn)的PLA線(xiàn)材輕30%；3D打印機(jī)制造商MarkForged為第2代桌面級(jí)復(fù)合材料3D打印機(jī)MarkTwo推出了一款專(zhuān)用的增強(qiáng)型玻璃纖維線(xiàn)材HSHT，其耐熱形變溫度高達(dá)140℃；2016年還誕生了全球首款PVC 3D打印線(xiàn)材——3D Vinyl，由澳大利亞Chemson集團(tuán)的下屬公司ChemsonPacific歷時(shí)2年研發(fā)而成，3D Vinyl擁有全部PVC的優(yōu)點(diǎn)，包括較強(qiáng)的紫外線(xiàn)耐受力、抗溶解能力、氣候適應(yīng)力、較高的硬度、流動(dòng)性、熱穩(wěn)定性；德國(guó)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)生產(chǎn)商Keyence研發(fā)出了真正的硅膠3D打印材料，這種硅膠打印材料的用途非常廣泛，不僅可以打印密封圈、O型圈，還可以用于打印柔軟夾具，保護(hù)敏感電子元件。

3D打印材料在某種程度上決定著3D打印產(chǎn)業(yè)是否能得到廣泛應(yīng)用。相信在不久的將來(lái)，3D打印材料隊(duì)伍還會(huì)日益壯大，3D打印終有一天將擺脫“無(wú)米可炊”的尷尬之境。

各地政策扶持，資本市場(chǎng)競(jìng)相追捧

我國(guó)3D打印的研究起步于20世紀(jì)90年代，發(fā)端于高校，如今已形成清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊(duì)、北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)、西安交通大學(xué)盧秉恒團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)史玉升研究團(tuán)隊(duì)和西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)等骨干科研力量。2016年10月又成立了中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心建設(shè)方案也通過(guò)了專(zhuān)家論證。隨著我國(guó)科技體制機(jī)制改革的不斷推進(jìn)，走產(chǎn)學(xué)研協(xié)同之路，形成長(zhǎng)效合作機(jī)制，成為我國(guó)推進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)實(shí)選擇。國(guó)內(nèi)已有杭州、南京、青島、佛山、珠海、溫州、寧波、蘇州、深圳、廣州、威海、北京等城市通過(guò)建設(shè)3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心來(lái)推進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。目前全國(guó)共有2 000余個(gè)縣市，如每個(gè)縣市都建設(shè)一個(gè)3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心，服務(wù)于當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)和創(chuàng)客創(chuàng)業(yè)者，每個(gè)3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心需投入幾千萬(wàn)元，那么單純線(xiàn)下3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心建設(shè)會(huì)有近千億的市場(chǎng)。

3D打印在我國(guó)既受到政府層面的大力支持，也受到資本市場(chǎng)的追捧，目前在資本市場(chǎng)已經(jīng)形成了包括銀禧科技、光韻達(dá)、華中數(shù)控、中航重機(jī)等在內(nèi)的3D打印概念股。核心基礎(chǔ)專(zhuān)利到期、工業(yè)級(jí)市場(chǎng)應(yīng)用逐漸增多、個(gè)人級(jí)市場(chǎng)快速普及，3大有利因素驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。相信在不久的未來(lái)，我國(guó)3D打印將朝著速度更快、精度更高、性能更優(yōu)、質(zhì)量更可靠的方向發(fā)展，成為一股強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)力量。