3D打印发展现状及趋势战略研究前言一、研究对象二、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，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。
第一章3D打印概况一、3D打印的定义3D打印技术是堆积制造的一种形式，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堆积制造，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。
图1 3D打印——设计环节资料来源：维基百科，赛迪顾问整理 2012，122、打印环节对于设计好的模型，选取打印的材料，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。
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。
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、3D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。
表1 3D打印发展历史资料来源：赛迪顾问 2012，12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。
表2 3D打印主要应用领域资料来源：赛迪顾问整理 2012，12如今，3D打印已经不仅仅是原型设计。
从最初的概念设计到最终的产品生产，以及此过程涉及的所有环节——3D打印为创作的每个阶段带来变革性的便利。
在竞争激烈的社会环境中，为创作的各个阶段选择适合的3D打印机比以往任何时候都更为重要。
许多龙头企业已经开始应用3D打印技术，在短时间内评估更多的概念原型，从而在产品研发早期做出更佳的决策。
在预生产阶段，3D打印技术能够更快地制造第一批样品，供给市场营销和早期采用者。
在最终生产过程中，3D打印技术为越来越多的行业带来更高的生产力、经济的个性化定制、更优的质量和更快的效率。
第二章3D打印产业现状一、3D打印产业现状图3 3D打印产业链示意图资料来源：赛迪顾问整理 2012，123D打印产业环节较少，这也是其有别于传统制造业的地方。
打印原材料和打印设备是最重要的产业链环节，为3D打印提供基础设备和产品成型原料，这两项是决定产品的重要因素；方案提供商是3D打印流程的实现者，提供设计到成型全程的运营服务。
原材料：目前3D打印成熟使用的材料有限，ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料等耗材是可以使用主要的材料。
不过未来可使用的材料已经越来越多，例如：Xerox PARC公司正在研发传感器、晶体管等电子产品的打印材料，一旦成功，将意味着消费者可以自行设计打印手机或者MP3等。
3D打印机：随着原来的巨型机转向了桌面机，设备价格也从几百万美元降到几千美元，可打印的物品精度也在逐步提高，打印机的使用价值逐渐凸显，因此，三年前尚处于技术前沿的3D打印如今已成制造业中的新兴战略领域。
方案服务：方案提供商提供设计到成品的流程服务，包括硬件和软件。
现在的模型设计以CAD软件为主，结合其他的三维建模软件，实现设计层面的服务化；而随着开源硬件的推广，方案服务商可以使用契合用户购买能力的方案去推送硬件服务。
二、3D打印产业区域现状1、全球3D打印发展情况图4 全球3D打印发展情况资料来源：赛迪顾问整理 2012，12美国和欧洲在3D打印技术的研发及推广应用方面处于领先地位。
美国是全球3D打印技术和应用的领导者，政府的重视是美国3D打印发展迅速的重要支撑。
2012年奥巴马总统针对美国制造业提出了一系列发展方案，将3D打印列为11项重要技术之一，并联合研发机构、高等院校、制造商，建立了“国家堆积制造”研究所，引进大量人才从事研发生产工作。
目前，美国3D system和Stratasys两家公司的产品在全球占据大部分市场份额。
欧洲也十分重视对3D打印技术的研发应用。
例如：欧洲空中客车公司正推出3D打印飞机计划，计划将使用机库般大小的3D打印机制造飞机零件，预计2050年前完成。
其他国家也在不断加强3D打印技术的研发及应用。
澳大利亚近期制定了金属3D打印技术路线；南非正在扶持基于激光的大型3D打印机器的开发；日本着力推动3D打印技术的推广应用；中国3D打印设计服务市场快速增长，已有几家企业利用3D打印制造技术生产设备和提供服务。
2、中国3D打印发展情况图5 中国3D打印发展情况资料来源：赛迪顾问整理 2012，123D打印在中国还处于初级阶段，有一些科研机构在跟踪3D打印技术，并实现了大型3D打印机的制造，部分技术达到了世界先进水平。
其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造；生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。
但是，从整个产业角度来看，由于缺少龙头企业的带动作用，政府也没有针对性的扶植措施，整体产业体量还较小；另一方面中国制造业还处于粗放形式，各个环节对3D打印技术带来的冲击认识还不足，接受度较低。
因此，中国3D打印产业还处于发展的初级阶段。
三、3D打印技术现状3D打印是综合信息技术、精密制造、材料科学等多个学科领域的尖端技术。
，其中包括：表3 3D打印依托技术资料来源：赛迪顾问整理 2012，12现在大家普遍认识的3D打印其实是堆积制造。
确切的3D打印技术是堆叠制造技术的一种实现方式，而其他堆积制造方式与其是相互竞争的。
通过对物体不同层次的创建模式及材料的使用，形成了不同类型的堆积制造方法。
有些方法使用熔化或软化材料，例如激光烧结（SLS）和熔融沉积成型（FDM）；而有些则使用液体材料，例如：立体光刻（SLA）；而在分层实体制造（LOM）的情况下，则是通过剪裁方式并通过粘合剂连接（如：纸，聚合物，金属等）。