快速成型技术现状与行业发展趋势

快速成型技术行业现状与产业发展趋势杭州先临三维科技股份有限公司2012.5.28目 录1.快速成型技术发展历史及现状11.1快速成型技术发轫的背景11.2快速成型技术的优点、原理和工艺21.2.1快速成型技术的优点21.2.2快速成型的基本原理21.2.3快速成型的工艺方法41.3 快速成型技术的发展101.3.1 快速成型技术的发展历史101.3.2 快速成型技术的发展方向112 快速成型技术行业及产业122.1 快速成型技术的行业应用现状122.1.1医学应用122.1.2 制造领域122.2 快速成型技术的行业市场主体分析132.3 快速成型技术的产业发展现状及趋势142.3.1 快速成型技术产业发展状况142.3.2全球市场162.3.3亚太市场163 国内快速成型技术产业发展的机遇及挑战193.1国内快速成型技术产业发展现状193.1.1国内快速成型技术的研发和推广情况203.1.2国内的快速成型技术的应用情况203.1.3国内快速成型技术企业的典型企业列举203.2 国内快速成型技术产业的发展机遇273.2.1 国内外的市场环境利于快速成型技术产业发展273.2.2 国内的政策环境利于快速成型技术产业发展273.3 国内快速成型技术产业面临的挑战283.3.1 快速成型技术在向产品生产化发展中所存在的主要问题283.3.2 快速成型技术产业面临的应用化挑战29快速成型技术行业现状与产业发展趋势 本文引用了期刊、网站、新闻上的介绍性资料，大部分未进行标注出处，本文仅作参考资料使用，没有侵犯引文作者的知识产权的意思。黄贤清 何文浩1.快速成型技术发展历史及现状1.1快速成型技术发轫的背景在新产品的开发过程中，总是需要在投入大量资金组织加工或装配之前对所设计的零件或整个系统加工一个简单的例子或原型。这样做主要是因为生产成本昂贵，而且模具的生产需要花费大量的时间准备，因此，在准备制造和销售一个复杂的产品系统之前，工作原型可以对产品设计进行评价、修改和功能验证。 一个产品的典型开发过程是从前一代的原型中发现错误，或从进一步研究中发现更有效和更好的设计方案，而一件原型的生产极其费时，模具的准备需要几个月，因此一个复杂的零件用传统方法加工非常困难。 20世纪70年代末到80年代初期，美国和日本的四位研究人员各自独立地提出了快速成型（Rapid Prototyping：RP）的技术设想，即利用连续层的选区固化生产三维实体。在图1中，快速成型技术的一般步骤得以展示：首先利用三维造型软件设计出（或者通过三维数字化反求工程获得）产品的三维实体模型，再利用RP处理软件将该三维实体模型进行离散、分层，然后将离散后的数据登录RP设备进行制造。图1 分层资料生成示意图快速成型技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其它方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任何复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。 1.2快速成型技术的优点、原理和工艺1.2.1快速成型技术的优点 （1）快速成型作为一种使设计概念可视化的重要手段，计算机辅助设计零件的实物模型可以在很短时间内被加工出来，从而可以很快对加工能力和设计结果进行评估。用快速成型与直接数字化制造技术，可使成本下降为数控加工的1/3-1/5,周期缩短为1/5-1/10。（2）由于快速成型技术是将复杂的三维型体转化为两维截面来解决，因此，它能制造任意复杂型体的高精度零件，而无须任何工装模具。（3）快速成型作为一种重要的制造技术，采用适当的材料，这种原型可以被用在后续生产操作中以获得最终产品。 （4）快速成型操作可以应用于模具制造，可以快速、经济地获得模具。（5）产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，可实现自由制造,这是传统制造方法无法比拟的。 1.2.2快速成型的基本原理 基于材料累加原理的快速成型操作过程实际上是一层一层地离散制造零件。为了形象化这种操作，可以想象一整条面包的结构是一片面包落在另一片面包之上一层层累积而成的。快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，区别是制造每一层的方法和材料不同而已。 1.2.2.1三维模型的构造 在三维CAD设计软件(如Pro/EUGSolidWorksSolidEdge等)中获得描述该零件的CAD文件，如图2(a)中所示的三维零件。目前一般快速成型支持的文件输出格式为5TL模型，即对实体曲面近似处理，即所谓面型化(Tessellation)处理，是用平面三角面片近似模型表面。这样处理的优点是大大地简化了GAD模型的数据格式，从而便于后续的分层处理。由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快发展为快速成型制造领域中CAD系统与快速成型机之间数据交换的准标准，每个三角面片用4个数据项表示，即3个顶点坐标和法向矢量，而整个CAD模型就是这样一组矢量的集合。 在三维CAD设计软件对C.AD模型进行面型化处理时，一般软件系统中有输出精度控制参数，通过控制该参数，可减小曲面近似处理误差。如Pro/E软件是通过选定弦高值(eh-chord height)作为逼近的精度参数，如图2为一球体，给定的两种ch值所转化的情况。对于一个模型，软件中给定一个选取范围，一般情况下这个范围可以满足工程要求。但是，如果该值选的太小，要牺牲处理时间及存贮空间，中等复杂的零件都要数兆甚至数十兆左右的存贮空间。并且这种数据转换过程中无法避免地产生错误，如某个三角形的顶点在另一三角形边的中间、三角形不封闭等问题是实践中经常遇到的，这给后续数据处理带来麻烦，需要进一步检查修补。图2 不同ch值时的效果 (a) ch=0.05 (b) ch=0.21.2.2.2三维模型的离散处理 通过专用的分层程序将三维实体模型(一般为5TL模型)分层，分层切片是在选定了制作(堆积)方向后，需对CAD模型进行一维离散，获取每一薄层片截面轮廓及实体信息。通过一簇平行平面沿制作方向与CAD模型相截，所得到的截面交线就是薄层的轮廓信息，而实体信息是通过一些判别准则来获取的。平行平面之间的距离就是分层的厚度，也就是成型时堆积的单层厚度。在这一过程中，由于分层，破坏了切片方向CAD模型表面的连续性，不可避免地丢失了模型的一些信息，导致零件尺寸及形状误差的产生。切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度，分层切片后所获得的每一层信息就是该层片上下轮廓信息及实体信息，而轮廓信息由于是用平面与CAD模型的STL文件(面型化后的CAD模型)求交获得的，所以轮廓是由求交后的一系列交点顺序连成的折线段构成，所以，分层后所得到的模型轮廓已经是近似的，而层层之间的轮廓信息已经丢失，层厚大，丢失的信息多，导致在成型过程中产生了型面误差。 1.2.3快速成型的工艺方法 目前快速成型主要工艺方法及其分类见图3所示。图3 目前快速成型主要工艺方法及其分类尽管各种快速成型技术的一般步骤都相同，但不同的工艺过程其生产制品的方法则有所不同，以下列出RP工艺的主要几种类型。1.2.3.1光固化法(Stereo lithography ) 光固化法是目前应用最为广泛的一种快速成型制造工艺，它实际上比熔积法发展的还早。光固化采用的是将液态光敏树脂固化(硬化)到特定形状的原理。以光敏树脂为原料，在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。 成型开始时工作台在它的最高位置(深度a)，此时液面高于工作台一个层厚，零件第一层的截面轮廓进行扫描，使扫描区域的液态光敏树脂固化，形成零件第一个截面的固化层。然后工作台下降一个层厚，使先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描固化，与此同时新固化的一层牢固地粘接在前一层上，该过程一直重复操作到达到b高度。此时已经产生了一个有固定壁厚的圆柱体环形零件。这时可以注意到工作台在垂直方向下降了距离ab。到达b高度后，光束在x-y面的移动范围加大从而在前面成型的零件部分上生成凸缘形状，一般此处应添加类似于FDM的支撑。当一定厚度的液体被固化后，该过程重复进行产生出另一个从高度b到c的圆柱环形截面。但周围的液态树脂仍然是可流动的，因为它并没有在紫外线光束范围内。零件就这样由下及上一层层产生。而没有用到的那部分液态树脂可以在制造别的零件或成型时被再次利用。可以注意到光固化成型也像FDM成型法一样需要一个微弱的支撑材料，在光固化成型法中，这种支撑采用的是网状结构。零件制造结束后从工作台上取下，去掉支撑结构，即可获得三维零件。 光固化成型所能达到的最小公差取决于激光的聚焦程度，通常是0.0125mm(O.OOO5in)。倾斜的表面也可以有很好的表面质量。光固化法是第一个投人商业应用的RF(快速成型)技术。目前全球销售的SL(光固化成型)设备约占RP设备总数的70%左右。SL(光固化成型)工艺优点是精度较高，一般尺寸精度控制在10. 1 mm;表面质量好，原材料的利用率接近100%，能制造形状特别复杂、特别精细的零件，设备的市场占有率很高。缺点是需要设计支撑，可以选择的材料种类有限，容易发生翘曲变形，材料价格较贵。该工艺适合成型制造比较复杂的中小件。 图4 SL工艺图 1.2.3.2激光选区烧结(Selective Laser Sinering)激光选区烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)是一种将非金属(或普通金属)粉末有选择地烧结成单独物体的工艺。该法采用CO2激光器作为能源，目前使用的在加工室的底部装备了两个圆筒： 1)一个是粉末补给筒，它内部的活塞被逐渐地提升通过一个滚动机构给零件造型筒供给粉末; 2)另一个是零件造形筒，它内部的活塞(工作台)被逐渐地降低到熔结部分形成的地方。首先在工作台上均匀铺上一层很薄(l00200m)的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，从而使粉末固化成截面形状，一层完成后工作台下降一个层厚，滚动铺粉机构在已烧结的表面再铺上一层粉末进行下一层烧结。未烧结的粉末仍然是松散的保留在原来的位置，支撑着被烧结的部分，它辅助限制变形，无需设计专门的支撑结构。这个过程重复进行直到制造出整个三维模型。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理后便获得需要的零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行直接烧结的工艺正在实验研究阶段。它可以直接制造工程材料的零件，具有诱人的前景。 SLS工艺的优点是原型件的机械性能好，强度高;无须设计和构建支撑;可选用的材料种类多;原材料的利用率接近100% ,缺点是原型表面粗糙;原型件疏松多孔，需要进行后处理;能量消耗高;加工前需要对材料预热2h，成型后需要5lOh的冷却，生产效率低;成型过程需要不断充氮气，以确保烧结过程的安全性，成本较高;成型过程产生有毒气体，对环境有一定的污染。SLS工艺特别适合制作功能测试零件。由于它可以采用各种不同成分的金属粉末进行烧结，进行渗铜等后处理，因而其制造的原型件可具有与金属零件相近的机械性能，故可用于直接制造金属模具。由于，该工艺能够直接烧结蜡粉，与熔模铸造工艺相接特别适合进行小批量比较复杂的中小零件的生产。 图5 SLS工艺图1.2.3.3三维打印(3D Printing) 1989年，美国麻省理工学院的Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty等申请了三维印刷技术的专利，这也成为日后该领域的核心专利之一。此后，这两位研究人员又多次对该技术进行修改和完善，形成了今天的三维印刷快速成型（3DP）工艺。图6为3DP工艺的原理简图。 3DP工艺与选择性激光烧结工艺（SLS）有很多相似之处：都是将粉末材料选择性地黏结成为一个整体。但最大的不同在于3DP无需将粉末材料熔融，而是通过喷咀喷出的黏合剂使其黏合在一起。其工艺过程通常是：上一层粘结完毕后，成型缸（图中14）下降一个距离（等于层厚），供粉缸（图中18）上升一段高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头（图中15）在计算机控制下，按下一个建造截面的成型数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊（图中13）铺粉时多余的粉末被粉末收集装置（图中未标出）收集。图6 3DP工艺原理简图如此周而复始地送粉、铺粉和喷射黏结剂，最终完成一个三维粉体的黏结，从而生产制品。三维喷涂粘接特点:适合成型小件；工件的表面不够光洁，需要对整个截面进行扫描粘接，成型时间较长；采用多个喷头。 1.2.3.4熔积成型法(Fused Deposition Modeling) 如图7所示，在熔积成型法( FDM)的过程中，龙门架式的机械控制喷头可以在工作台的两个主要方向移动，工作台可以根据需要向上或向下移动。热塑性塑料或蜡制的熔丝从加热小口处挤出。最初的一层是按照预定的轨迹以固定的速率将熔丝挤出在泡沫塑料基体上形成的。当第一层完成后，工作台下降一个层厚并开始迭加制造一层。FDM工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上，通常控制在比熔点高1左右。图5 FDM工艺1，热塑性塑料或蜡制熔丝；2，可在x-y平面移动的FDM喷头；3，塑料模型；4，不固定基座；5，提供熔丝FDM制作复杂的零件时，必须添加工艺支撑。如图7(a)的高度，下一层熔丝将铺在没有材料支撑的空间。解决的方法是独立于模型材料单独挤出一个支撑材料，支撑材料可以用低密度的熔丝，比模型材料强度低，在零件加工完成后可以将它拆除。 在FDA4机器中层的厚度由挤出丝的直径决定，通常是从0.5mm到0. 25mm(从0. 02in到0. 01 in)这个值代表了在垂直方向所能达到的最好的公差范围。在x-y平面，只要熔丝能够挤出到特征上，尺寸的精确度可以达到0. 025mm(0.001in)。 FDM的优点是材料的利用率高，材料的成本低，可选用的材料种类多，工艺干净、简单、易于操作且对环境的影响小。缺点是精度低，结构复杂的零件不易制造，表面质量差，成型效率低，不适合制造大型零件。该工艺适合于产品的概念建模以及它的形状和功能测试，中等复杂程度的中小成型，由于甲基丙烯酸ABS材料具有较好的化学稳定型，可采用伽马射线消毒，特别适于医用。图7 快速成型支撑结构图 (a)有一个突出截面需要支撑材料的零件；(b)在快速成型机器中常用的支撑结构1.2.3.5 数控加工法（ComputerNumericalControl）CNC(ComputerNumericalControl)是综合计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制(CNC)等先进技术，把计算机上构成的三维数据模型，由整块材料切削挖掘而成。工件经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工，整个加工过程由程序自动控制，不受操作者人为因素的影响。CNC加工法不同于上述四种RP工艺方法，它是“减法式”数字加工，是现代数字化制造工厂广泛应用的机械加工方式，快速成型服务提供商往往会以CNC加工作为快速成型模型的补充加工工艺，CNC加工具有速度快、成本低、加工精度高、加工尺寸大、材料选择范围广的特点，可以保证手板模型的材料和批量生产零件材料的一致性，表面质量和力学性能可以达到很高的水平。图8 数控机床1.2.3.6 主流快速成型工艺（含CNC）比较表1 主流快速成型工艺的比较SL激光光固化SLS激光粉末烧结3DP三维打印FDM熔融沉积CNC数控机床成形速度较快较慢较慢较慢快成形精度较高较低较低较低较高制造成本较高较低低较低较低复杂程度中等复杂中等中等中等、复杂（并联多轴）零件大小中小件中小件中小件中小件中大件常用材料热固性光敏树脂石蜡、塑料、金属、陶瓷粉末等ABC塑料，其中还混合了铝和玻璃石蜡、尼龙、ABS、低熔点金属等ABS，POM（赛钢），亚克力，尼龙，PC，PP，电木。金属材料：铝合金、镁合金，锌合金，铜等1.2.3.6 其他快速成型工艺EBM：Electron Beam Melting，电子束熔炼EBM系统，专门用于医用植体制造的电子束熔炼系统，直接从CAD到成品制造完成的全自动化系统.SLM：Selective Laser Melting，选择性激光熔化，金属粉末的快速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件。SLM技术克服了选择性激光烧结（SLS）技术制造金属零件工艺过程复杂的困扰。RIM：Reaction Injection Molding，低压灌注，又名低压反应注射成型。VCM：silicone mold，真空浇注硅胶模，亦称作为矽胶模。MC： Metal coating，金属铸模。1.3 快速成型技术的发展1.3.1 快速成型技术的发展历史快速成型技术诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。国内外的主流快速成型技术的发展沿革如表2、3所示。表2 全球主流快速成型技术的发展沿革名称简称发展时期发起公司立体光固成型SL1986-1988由美国3D System公司1988年开发商业化。选择性激光烧结SLS1987-1992由美国DTM公司1992年开发商业化，已经被3D System公司收购。熔丝沉积造型FDM1988-1991由美国 S. Scott Crump公司1990年开发出来。三维喷绘打印3DP1985-1997由美国Soligen公司1989年开发出来。目前的知名公司是美国的Z Corporation以及以色列的Objet公司。 表3 国内主要快速成型系统的科研机构学校研究方向知名教授商业化清华大学LOM、SLA设备颜永年教授北京殷华华中科技大学SLS、MC设备史玉升教授滨湖机电西安交通大学SL设备及材料卢秉恒教授西安恒通北京航空航天大学SLS设备王华明教授中航重机激光华南理工大学SL材料北京隆源南京航空航天大学SLS工艺上海交通大学RMC1.3.2 快速成型技术的发展方向 快速成型制造是一种以材料累加为原理的制造方法，可以制造任意复杂的三维结构。快速成型发展目前最大的难题是材料的物理与化学性能制约了工艺实现。例如，在成形材料上，目前主要是有机高分子材料；金属材料直接成形是近十多年的研究热点，难点在于如何提高精度。在成形材料上，发展方向是研究陶瓷材料和复合材料的快速成型制造。在制造装备的发展上，三维打印机是国外近年来的发展热点，将其作为计算机一个外设在应用。快速成型技术在工业造型、产品创意、工艺美术等方面有着广泛的应用前景和巨大的商业价值。快速成型技术的研究热点和发展方向分3个方面：（1） 快速成型制造技术本身的发展。例如三维打印技术，使快速成型走向信息市场；金属直接成形技术使结构功能零件可直接制造。进一步的发展是陶瓷零件的快速成型技术和复合材料的快速成型。（2） 快速成型应用领域的拓展。例如快速成型在汽车制造领域的应用为新产品的开发提供了快捷的支持技术。快速成型在生物假体与组织工程上的应用，为人工定制假体制造、三维组织支架制造提供了有效的技术手段。进一步是向创意设计、航空航天制造和功能结构器件领域发展。（3） 快速成型学术思想的发展。快速成型从过去的外形制造向材料组织与外形结构设计制造一体化方向发展。力图实现从微观组织到宏观结构的可控制造。例如在制造复合材料时，能否将复合材料组织设计制造与外形结构设计制造同步完成。这样从更广泛的意义上实现结构体的“设计材料制造”一体化。而针对我国的具体国情，快速成型技术今后的主要发展方向有:1)成型工艺、成型设备和成型材料的研发与改进;2)直接快速成型的金属模具制造技术;3)基于因特网的分散化快速原型、快速模具的网络制造技术研究;4)与生物技术相结合;5)进一步完善软件的功能。 2 快速成型技术行业及产业2.1 快速成型技术的行业应用现状快速成型技术问世以来，经过二十多年的发展，该技术在各个环节都取得了长足进步，已实现了相当大的市场，发展非常迅速。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。该技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了广泛应用，对改善制造业的产品设计和制造水平起到了巨大作用，在工程和教学研究等应用领域也占有了独特地位。目前，快速成型技术的市场应用份额如图9所示，汽车及零配件领域占据37%的市场，消费品领域占据18.2%，航空航天和国防军工有近14%，商业机器领域有11.2%，医疗领域有8.8%，科研占8.6%。2.1.1医学应用快速成型技术独特的制造方法和个人定制等特性，使其在医学上找到用武之地，比如牙齿、骨骼、医学器械和植入管的定制等。另外，快速成型技术在牙科正畸、助听器方面也应用颇广。2.1.2 制造领域快速成型技术在制造领域的应用在其总体应用中占比最大，高达67%（见图9）这显示出RP技术在生产制造业中的独特优势，也体现了生产制造对新技术、新工艺的需求。严格来说，目前RP技术应用在制造领域中的方式并不是前文所定义的快速制造（RM），即并不是利用RP设备直接制造出无需再加工便可使用的制品。通常应用在产品试制和试验阶段，比如功能检测和装配检测等。同时，也有利用RP技术直接制造的大量例子。比如，波音公司建立了一整套“定制生产（Production On Demand-POD）”生产流程，可以在很短时间内制造传统加工方法很难加工的航空航天工业中的导风管道。此外，在间接制造（比如制造注射模具等）方面也有广泛应用。图9 快速成型市场的行业应用份额（维基百科最新资料）2.2 快速成型技术的行业市场主体分析如图10所示，快速成型技术体系涉及到三维数字化技术、三维模型设计技术、快速成型软件及成套设备、成型材料等，因此按照快速成型技术按产业链的分布及技术的主流应用领域，主要存在以下市场主体形态（参考美国Utah州立大学归纳办法）：1、Rapid Prototyping Systems（快速成型系统的研发、生产机构）2、Direct Manufacturing Systems（快速制造系统的研发、生产机构）3、Open Source Systems（开源快速成型系统的研发机构，主要面向快速成型系统制造者提供开源的软件系统）4、CONCEPT MODELING SYSTEMS（主要生产三维打印机方面的研发、生产机构）5、SOFTWARE FOR THE RAPID PROTOTYPING MARKET（快速成型市场应用的商业软件开发机构）6、COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS （快速成型商业服务提供者）（1）Concept Modelers（制作概念模型的机构，主要面向产品设计阶段的产品样件模型制作、模具原型制作、小批量个性化概念模型制作等）（2）Biomedical uses of Rapid Prototyping（从事快速原型或者快速制造的机构，主要面向生物医学方面的快速成型用户）（3）Art via Rapid Prototyping（从事快速原型或者快速制造的机构，主要面向艺术品设计快速成型或小批量的快速制造）7、Equipment Resellers（主要从事快速成型系统的经销商）8、Academia and Research（主要从事快速成型技术研究的机构）图10 快速成型的技术体系2.3 快速成型技术的产业发展现状及趋势2.3.1 快速成型技术产业发展状况2.3.1.1 快速成型设备发展状况从全球角度来看，快速成型市场每一年至少是25%的增长率，市场规模有几十亿美金。罗拉多州柯林斯堡一家研究公司沃勒斯合伙公司（Wohlers Associates）的负责人、即时模型专家特里沃勒斯（Terry Wohlers）于2009年5月18日到20日在加州公布了一项长达250篇幅的研究报告，报告研究了全球RP行业最新的发展趋势。该项技术所生产的所有产品和服务得来的收入复合年均增长率是26.4。该复合年增长率在过去三年里放缓至3.3。快速成型市场中，美国和欧洲占据了70%多的装机量，中国占7%。全球快速成型设备销售在2007年达到4 930台，快速成型的产品销售和服务，在2006年的收入总额为9.837亿美元，到2007年，增长了16%，达到了11.41亿美元，这也是快速成型技术第一次年总收入超过10亿美元。在2005年和2006年，增长率分别为14.6%和21.7%。11.41亿美元的总销售额是从快速成型市场的初级收入中汇总得到的。该市场包括全世界范围内所有涉及快速成型制造技术的产品和服务。产品包括快速成型设备、设备升级、原料和修理零件、第三方的软件和激光器。服务包括服务商的原型制作、系统维护、培训、研究会、会议、展览会、广告、出版、合同研究和咨询。2007年相关机构在新型快速成型系统和新材料的研发上投入6.105亿美元。这较2006年投入5.322亿美元增长了14.7%。设备和材料的研发费在2006年、2005年和2004年分别增长20%、10%和48.3%。设备销售和升级占到了3.896亿美元，比2006年增长了13.7%。2007年快速成型制造设备的平均销售价格是79040美元。快速成型制造服务收入由2006年的4.515亿美元，增长到2007年的5.306亿美元，增长了17.5%。服务收入在2006年、2005年和2004年分别增长了23.7%，20.9%和17.%。2007年是连续增长的第5年，产品销售收入超过了服务收入。2.3.1.2 服务与材料销售状况产品服务创造的收入是可观的，在全球范围内有不计其数的设计和制造组织正在加入服务业。有一个叫Graco Childrens Products的公司，每年制造7 00010 000个零件，所有零件的制造是由4个快速成型系统和一个工人完成。另一个叫Rockwell Collins的公司，仅用一个快速成型制造系统和一个工人，在4个月内制造了6 000个零件。还有一个玩具制造商，仅用几个快速成型制造系统和两名工人，每年制造12 000个模型，并且提供每天24 h的送货服务。以上的例子表明，快速成型制造技术对经济的影响是巨大的。如果统计成千上万公司从这项技术中的获利，那么这个影响将会是成百上千亿美元。预计快速制造业的销售额在未来的几年里将得到大幅度增长。预计到2012年，全世界快速成型制造的产品和服务的销售额将会翻一番，达到230亿美元。Wohlers Associates相信2015年全年的产值会达到350亿美元。2007年全球所有快速成型系统在材料上的支出约为2090万美元。这一数字比2006年的18 950万增长了16.6%。这一估值包括树脂、粉、丝、片状材料以及其他被用于快速成型系统的材料。2007年大约有1 026万美元被用在光敏树脂上，比2006年的896万美元增长了14.4%。光敏树脂占到了全部材料销量的46.4%，其中大部分的光敏树脂的销售额来自于3D System，DSM Somos，Huntsman, Objet Geometries, Envisiontec以及一些日本树脂制造商。2007年全球范围内服务商通过销售快速成型生产的零件和模型创造了大约4 070万美元的收入（其中仅包含由快速成型制造的零件所带来的收入，不包括模具、由模具制造的零件、铸件、手工模型加工技术、CNC机器加工件、CAD/CAM/CAE以及其他服务所带来的收入），比2006年的3 306万美元增长了23.1%。这些公司在过去4年的销量增长表现出有限的上升趋势，近4年的增长率分别为2006年24.7%，2005年24.1%，2004年13%，下滑后2003年的2.5%。2.3.2全球市场第一梯队：美国、德国等；第二梯队：以色列、瑞典、英国等。近几年，发达国家地区的快速成型市场整体的增长趋势还是很明显的，主要的原因是现在制造业竞争越来越激烈，所以对产品设计的各方面要求都比以往提高很多。在以前，同样一个产品在市场上的选择并不多，但是现在有太多的选择，特别是消费类电子产品。例如手机，现在的手机数量比5年以前有了大幅度的增加。客户的选择也越来越挑剔，市场的竞争程度也越来越激烈。对于生产厂商来讲，他们要提供更多的新产品来提高自己的竞争力，来维护在市场上的实力。对产品设计、创新的要求就必须要比以前提高很多，从成本上来讲，产品开发的工具，包括软件、硬件都会相应的增多。表4 全球快速成型市场主体分布（参考美国Uath州立大学2007年公开数据）快速成型系统直接制造系统开源系统概念成型系统科研单位美国5，以3D Systems, Inc.为代表41，纽约康奈尔大学Fabhome316德国2，以Envision Technologies GmbH为代表3，EOS Gmbh of Munich为代表12日本5，以Sony Manufacturing Systems Corporation of Saitama为代表以色列1，Objet Geometries Ltd. of Rehovot1瑞典2，以Arcam AB of Molndal为代表丹麦12英国1，巴恩大学的reprap11中国1342.3.3亚太市场快速成型技术在发达国家的应用已经十分普及，在发展中国家，包括中国、大部分亚洲地区目前处于稳步增长的过程之中。形成这种现象主要有这样几方面原因：第一，在亚洲人工成本较低；第二，在亚洲有很多价格低廉的数控机床、CNC；由于这两方面原因，企业通过对技工进行一定的培训，就可以利用相对低廉的模型加工成本，替代相当一部分测试和设计过程中的样品模型，使快速成型技术的应用受到一定影响。从另一个角度来讲，很多企业产品研发设计的重心还在欧美、日本等发达地区，中国的原创设计也比较少。当然，这些现象已经逐步改变，随着中国自主创新企业的增多，中国在制造业的竞争力已逐步凸现。同时，越来越多的大型企业也倾向于把他们的研发中心慢慢的搬到中国。例如ABB、西门子、波音、摩托罗拉等这些大厂商的研发中心以前都是在本土，现在逐步想中国转移，从而使中国对于快速成型技术的需求也在逐步增长。相对与全球增长率，虽然中国的增长要快一些，但还显得不够。亚太地区中日本、以色列为第一梯队；澳大利亚、印度、中国为第二梯队。以下是参考美国Uath州立大学2007年公开数据做的亚太RP技术相关机构代表名录：Japan（日本，研发快速成型系统，提供快速成型服务）Solid Creation Stereolithography systems by Sony Manufacturing Systems Corporation of Saitama, Japan. (RAPID PROTOTYPING SYSTEMS)Rapid Meister Stereolithography by CMET Inc of Yokohama, Japan. (RAPID PROTOTYPING SYSTEMS )Small scale stereolithography by Unirapid Inc. of Misato, Japan. Site is in Japanese. ( RAPID PROTOTYPING SYSTEMS )E-Darts desktop SLA system by Autostrade Co. Ltd of Oita City, Japan. (RAPID PROTOTYPING SYSTEMS )Paper Lamination Technology by KIRA Corporation of Aichi, Japan. (RAPID PROTOTYPING SYSTEMS)INCS Inc operates SLA-5000, 7000 and Viper si2 in Kawasaki City, Japan. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Japan Association of Rapid Prototyping Industry. (PROFESSIONAL ASSOCIATIONS)A Workshop Presentation on Rapid Prototyping by the JTEC (Japanese Technology Evaluation Center) and the WTEC (World Technology Evaluation Center). It includes video presentations of Japanese and European RP technologies. (PROFESSIONAL ASSOCIATIONS)Israel(以色列，做成型系统，概念成型系统，提供3DP、SLA服务)Polyjet, a photopolymer-jetting technology by Objet Geometries Ltd. of Rehovot, Israel. (RAPID PROTOTYPING SYSTEMS )The SD series of 3D printers from Solidimension, Ltd. of Rosh Ha-Ayin, Israel. (CONCEPT MODELING SYSTEMS)Laser Modeling Inc. provides SLA services in Schaumburg, Illinois and Ness-Ziona, Israel. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Master Piece Modeling Ltd. operates Solidscape 3D modeling systems in Tel Aviv, Israel. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS) Australia（澳洲，提供SLA、SLS、3DP、FDM服务）Arptech provides FDM, SLS, SLA and 3D Printing services in Rowville, Victoria, Australia.( COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Gilmore Engineers of Brisbane, Australia offers TruSurf (Large 3D foam models) services. .( COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Rapid Concepts operates a ZCorp Z310 3D printer in Melbourne, Australia. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)SOS Components provides FDM and 3D Printing services in Banyo, Queensland, Australia. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Anatomics of Queensland, Australia produces stereo lithography models of a patients anatomy to assist in the preoperative planning and the actual surgery.（BIOMEDICAL USES OF RAPID PROTOTYPING） India（印度，研发快速成型软件，提供SLS、SLA、 FDM服务）Central Tool Room operates a Vanguard SLS machine in Ludhiana, India. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Craftech Group Pvt. Ltd. operates an SLA 7000 in Utter Pradesh, India. ( COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Protosys Technologies Limited operates an FDM 1650 in Mumbai (Bombay), India.( COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)3D Product Development Pvt. Ltd. operates 1 FDM 3000, 1 SLA Viper and 1 SLS Sinterstation 2000 in Bangalore, India. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)OpenRP - a non-profit initiative of Floating Point Solutions Pvt. Ltd. of Goa, India offers free STL viewers and translators. (SOFTWARE FOR THE RAPID PROTOTYPING MARKET)The Rapid Prototyping Society of India. ( PROFESSIONAL ASSOCIATIONS)Russia(俄罗斯，提供SLS服务)RapProSol of Moscow, Russia operates an EOS INT P 385 laser sintering machine. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)New Zealand（新西兰，提供基于3DP艺术设计的快速成型服务）Brit Bunkley - a New Zealand sculptor produces art using 3D printers.( ART VIA RAPID PROTOTYPING ) Iraq（伊拉克，利用快速成型技术在伊拉克做战后医疗辅助项目）RP4Baghdad is a project of the RP industry to support severely injured people in Iraq（BIOMEDICAL USES OF RAPID PROTOTYPING）3 国内快速成型技术产业发展的机遇及挑战3.1国内快速成型技术产业发展现状3.1.1国内快速成型技术的研发和推广情况目前，部分国产RP设备已接近或达到美国公司同类产品的水平，价格却便宜得多，自主研发应用于快速成型的材料也逐步趋于完善，材料的价格更加便宜，等待投放市场后可以改善过于依赖进口材料的状况。我国已初步形成了RP设备和材料的制造体系。RPM技术在国内的应用还不十分广泛，设备安装台数不多，目前仅限于大型企业。为改变此落后局面，西安交通大学建立了中国RPM网络站点，为我国RPM制造商、RPM技术应用服务中心、科研院校及广大用户提供信息服务。南方也已成立多家采用国外设备的RPM服务中心，一些公司开始应用RPM技术开发新产品。 香港较内地RPM技术起步较早，香港生产力促进局和亚洲殷发公司、香港科技大学、香港理工大学和香港大学都拥有RPM设备。 3.1.2国内的快速成型技术的应用情况国内的家电行业在快速成型系统的应用上，走在了国内制造型企业前列。如广东美的、科龙、江苏的春兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用快速成型系统来开发新产品，收到了很好的效果。近些年随着通讯事业在我国的高速发展，一些国内通讯巨头企业例如华为、中兴等公司也逐渐将快速成型技术引入到产品设计开发环节，使得公司对市场的响应效率、产品的竞争力提升了一个等级。在模具制造业，快速成型技术同样起到了重要作用。利用快速成型技术制得的快速原型，结合硅胶模、金属冷喷涂、精密铸造、电铸、离心铸造等方法生产模具；快速成型件也可以直接或间接制得EDM电极，用于电火花加生产模具；快速成型技术制得的快速原型也可以直接作为模具。近年来，在国家科学技术部的支持下，我国已经在深圳、天津、上海、西安、南京、重庆等地建立一批向企业提供快速成型技术的服务机构，并开始起到了积极的作用，推动了快速成型技术在我国的广泛应用，使我国RP技术的发展走上了专业化、市场化的轨道，为我国制造型企业的发展起到了支撑作用，提升了企业对市场的快速响应能力，提高了企业的竞争力，同时也为国民经济增长做出了重大贡献。3.1.3国内快速成型技术企业的典型企业列举（1）杭州先临三维科技（SLA,SLS,VCM,RIM,CNC,3DP,FDM）（快速成型服务提供商，直接制造服务，快速成型设备经销商）杭州先临三维科技股份有限公司，是一家专业提供三维数字技术综合解决方案的高科技企业。注册股本5070万，净资产近1亿，自2004年成立，至今公司年复合增长率在100%以上。公司专注于精准三维数字化技术的研究与应用，自主产品有高精度非接触三维扫描仪，三维相机，高速激光内雕机，代理有德国E