3D打印产业背景分析报告

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3D打印产业背景分析报告

某公司

2020年

3D打印应用领域广，重点领域优势突出。国内的3D打

印分布在教育、家电及电子消费品、模具检测、医疗及牙科

正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航

天等领域，在汽车制造、医疗、创意化等领域发展最为迅速

（中国及全球3D打印应用领域见下图）。2016年，中国3D

打印市场规模约11.87亿美元，预计2022年市场规模将达

到80亿美元，年均复合增长37%。

2016年中国及全球3D打印应用领域格局图

一、3D打印医疗行业市场分析

医疗领域，3D打印技术有可能彻底改变医疗器械用于治

疗患者的方式，二者“天然匹配”，应用市场根据产品类型分

为医疗植入物、假肢、组织工程、手术指南、手术器械和听

觉辅助装置；材料上分为塑料、生物材料、金属和金属合金、

陶瓷、尼龙和蜡。医疗3D打印行业增长主要推动力之一是骨

科和颌面外科患者对特定产品需求的不断增加，特别是修复

性医学领域，个性化需求十分明显，不存在标准的量化生产,

3D打印技术的引入能够降低定制化生产的成本，体现独特的

优越性。3D打印技术在医疗领域的主要应用如下：

应用举例

修复性医学中的人体移植利用3D激光成型技术制作的

器官制造，假牙、骨骼、钛合金移植颗骨、脊椎骨

肢体

齿形矫正器、牙齿种植导

辅助治疗中使用的医疗装

板、肿瘤粒子植入导板、氧

置

氨刀手术导板、助听器

手术和其他治疗过程中使在脊椎手术中，用于固定静

用的辅助装置脉的器械装置

放眼全球，北美是医疗行业3D打印技术的领先消费者，

2015年占据了近40%的市场份额；欧洲是医疗3D打印应用

的第二大市场（19.696）；亚太地区新兴经济体未来增长空间

巨大，发展最快c2016年全球医疗器械3D打印市场为8.26

亿美元，预计2021年将达到23.68亿美元，同比增长23.45%,

医疗行业3D打ER全球市场规模将达到89亿美元，年均复合

增长17.2%O发达国家占据先导优势，得益于技术开发早，

产业化早，并形成了较为知名的一批公司，如3DSystems

Corporation（美国）、Stratasys、Renishawplc（英国）、EOS

GmbHElectroOpticalSystems（德国）、EnvisionTECGmbH

（德国）、MaterializeNV（比利时）、ArcamAB（瑞典）、3T

RPD（英国）、Prodways（法国）和ConceptLaserGmbH（德

国）等。

中国医疗3D打印行业随着CFDA扶持政策的出台和技术

应用的日趋成熟，资本进入热潮和研发进程同步加快，医疗

器械国产化率提升将加快，市场规模增长迅速。目前，3D打

印已临床应用于外科、口腔科等，3D打印人体植入物已获应

用，以钛合金为主要材料的金属植入物在临床上应用最广泛,

可以说我国的医学3D打印技术与国外几乎同步，个别领域

可能超前。生物打印是医疗3D打印前沿趋势，我国起步较

晚，基础研究薄弱，知识产权较少，更富有挑战性，但已引

起各科研机构的重视，科学家们正在向这个目标努力深入研

究攻关。

以牙套设计为例，采用3D打印进行制造的隐适美牙套，

由于可按照牙齿情况进行定做，因此更加舒适，且采用透明

高分子材料，达到隐形的效果。目前美国牙科医疗设备公司

AlignTechnology公司的营业额每年接近5亿美元。

3D打印在医学领域发展仍然具有保持高速增长的空间：

*随着全球老龄化程度的提升，修复性医学中的结构性

移植器官的使用将会持续增长，口腔修复发展迅速、骨科植

入物成为市场争夺重点、器官组织取得新突破。

*微创手术，和针对不同身体条件个体的手术设计在近

些年来逐渐发展，对手术工具性能和复杂程度提出更高的要

求。

*在医疗领域未来发展中，除了精准医疗、器官非移植应

用和按需制药，最具有想象空间是3D生物打印技术，利用干

细胞为材料，按3D成型技术进行制造，一旦细胞正确着位，

便可以生长成器官，“打印”的新生组织会形成自给的血管和

内部结构。

二、3D打印制造产业市场分析

近年来，3D?丁印技术发展迅速，很多国家都已加入到3D

打印技术的研发与应用中来，其应用领域相当广泛，从3D打

印技术市场应用份额来看，汽车及零部件领域、航空航天、

商业机器领域都已涉及，而同各个领域应用3D打印技术的

市场还处于开发阶段，具有巨大的市场空间。3D打印技术必

将是制造产业的革命性替代生产模式。

1)3D打印制造技术突出优势表现两方面

(A)3D打印显著降低制造成本

3D打印有利于降低生产成本，这将是3D打印技术渗透

到制造环节的现实基础。3D打印降低生产成本的原因归纳起

来有以下几个方面：

其一提高生产效率。主要表现为五个方面：第一，提高

产品设计效率。在现有生产技术条件下，产品设计环节还难

以实现标准化生产，3D打印技术的应用使制造业中快速原型

环节制作效率大大提高，使产品设计环节更高效、更经济,

从而大大提高生产效率。第二，缩短产品研制周期。3D打印

无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生

成任何形状的零件，从而极大地缩短产品研制周期，提高生

产效率。第三，简化工艺流程。3D打印利用由三维CAD模型

制造形状复杂的原型，省去了许多传统的工序。国内外的一

些企业已经把这项技术的覆盖面扩大到直接制造上，不再需

要复杂的机加工和供应。第四，减少生产时间。3D打印可一

步将零件加工到最终形状，制造时间降低为以前的1/10到

1/5,从概念到制出成品的事件将缩短50—80%,从而加快上

市时间。第五，提高劳动效率。3D打印极大地解放劳动力,

从而节省大量劳动力，劳动效率数倍甚至数十倍的提高。

其二降低生产线投资。3D打印免除了对生产线投资，由

于“数字化生产工厂”的出现，公司不再需要将大量资金花

在投资设备上。

其三减少原材料投入。3D打印运用“增材制造”技术,

使企业在原材料上的投入减少，所需的原材料仅为传统制造

技术的1/10左右。

其四减少废料与浪费。3D打印可以减少废料，从而大幅

减少材料浪费。

(B)3D打印革新生产管理

其一减少库存。从制造模式来说，过去是生产线规模化

生产，今后则可能更多的是个性化的定制生产，产品上市时

间缩短，同时不再需要库存大量零部件，也不需要大量生产。

其二柔化供应链。3D打印更大的颠覆性在于产生了柔性

供应链。在传统制造业模式中，客户提出生产需求时，须根

据市场预期确定每批生产数量后开展批量生产，一旦工厂投

入运作，即使供过于求或供不应求，生产线都很难再停下。

而3D打印则可先打印实验性产品，依据市场反馈效果后再

做决定，更易于根据市场的反馈进行产品的优化升级，根据

市场的需求可以随时调整产量，并通过用户的使用反馈来进

一步修改设计。

其三提高价值链反应速度。3D打印可随时即开即停，降

低各个环节和各业务单元的协调成本，有效地降低生产过程

的刚性，提高价值链的反应速度，提高过程的连续性。

2)3D打印航天航空市场分析

航空航天是3D打印技术最大的应用市场之一，据

(M&M)预测，到2022年，航空航天3D打印市场的全球规模

将从2017年的7.14亿美元增至30.57亿美元(约211亿人

民币)，复合年增长率高达27.42%,发展十分迅速，增长潜

力巨大。

中国军用飞机数量为2860架，位列全球第三位，占全

球军用飞机总量的6%,第四代战机、大型运输机、航母舰

载机等新机型已成功试飞列装，军用飞机未来几年将面临

更新换代的需求高峰期。目前我国已具备了使用激光成形

超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，成为当今

世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造、应

用的国家。歼-25是中国采用3D打印技术制造的一款多用

途、全天候的空中优势隐身中型战斗机。3D打印技术使得

歼-25战机极大的减轻机身重量，飞行速度得到极大提升，

空中也变得愈发轻易与自在。3D打印技术将在新一代战机

的研发制造中发挥更加重要的作用。

中国航空企业适航在册航空器总数达到2127架。现阶

段，3D打印技术对航空业的贡献主要应用包括：

(1)无人飞行器的结构件加工；

(2)生产一些特殊的加工、组装工具；

(3)涡轮叶片、挡风窗体框架、旋流器等零部件的加

工。

3D打印技术在未来航空领域的应用发展呈现两个趋

势：

一方面是3D打印零部件设计需求不断增大。主要包括

机体结构的轻质化和基于部件设计对飞行性能的提高。不

久前试飞成功的C919为了减重，首次成功应用了3D打臼

金属喷油嘴及钛合金零件。

另一方面是私人飞行器的设计发展和定制化需求的增

长。通用航空和无人机制造领域的定制化需求相对商用领

域更多，小批量，复杂一体化的设计部件的生产会成为主

流，3D打印技术更能适应这一趋势。波音和一些通用航空

制造商，已经开始应用这一技术进行喷气机和直升机的设

计和制造；国内也将逆向工程技术、3D打印、精密铸造和

数字化测量等有机结合，打通了以三维技术为核心的数字

化制造链条，并成功将项目研发成果应用于C919飞机、新

支线飞机、MA60飞机等多款飞机产品中。

航空领域3D打印较多应用在多品种小批量生产，SLM技

术具有不可比拟的优势。有些复杂的工件，采用机加工不但

浪费时间，而且严重浪费材料，一些复杂结构甚至无法制造;

铸造能解决复杂结构的制造问题并提高材料利用率，但钛和

镁等特殊材料的铸造工艺非常复杂，制件性能难以控制；锻

造可有效提高制件性能，但需要昂贵的精密模具和大型的专

用装备，制造成本很高。采用SLM方法则可以很方便、快捷

地制造出这些复杂工件，大大缩短样件的加工生产时间，节

省大量的开发费用。

3)3D打印汽车及零部件市场分析

3D打印在汽车制造业内的应用迅速发展，无论是车厂、

零部件厂商还是售后服务供应商，3D打印都为其开辟了一条

更快捷高效的创新捷径，使企业不受传统制造方式的限制，

迈入发展快车道。目前，3D打印技术在汽车制造的应用主要

集中在动力总成、底盘系统、内饰和外饰，并从技术整合扩

展到线下的生产流程中，应用范围越来越大。预计到2023年,

汽车增材制造的全球市场收入将达到53亿美元，到2028年

将增长到124亿美元。

产品设计方面，由于3D打印的快速成型特性，研发人员

可以利用3D打印技术，在数小时或数天内制作出概念模型，

帮助汽车外形以及内饰设计的研发。相较传统的手工制作油

泥模型，3D打印能更精确地将3D设计图转换成实物，时间

更短，提高设计层面的生产效率。此外3D打印允许多样的材

料选择，不同的机械性能以及精准的功能性原型制作，在前

期就能够随时修正错误并完善设计，使得在设计中规避相应

的错误避免不必要的损失。

3D打印技术为设计工装夹具提供了一种快速准确的方

法，大幅度降低了工具生产的成本和时间，汽车制造商在产

能、效率和质量上能迅速得到提升。目前，3D打印更适合单

件小批量生产设计和汽车研发阶段，例如整车的油泥模型,

车身、底盘、同步器等零部件开发，以及橡胶、塑料类零件

的单件生产。

零部件领域，应用3D打印技术能快速的生产造型复杂

的产品。在传统汽车制造领域，汽车零部件的开发往往需要

长时间的研发、验证，从研发到测试阶段还需要制作零件模

具，不仅时间长，而且成本高，当存在问题时，修改零件结

构等也需要同样漫长的周期。而3D打印技术则能快速制作

造型复杂的零部件，当测试出现问题时，修改3D文件重新打

印即可再次测试。可以说，3D打印技术让未来零部件的升发

成本更低，效率更高。

后视镜

冷却风扇空调风道出风口

从3D打印技术与汽车制造匹配上，在造型评审、设计验

证、复杂结构零件、多材料复合零件、轻量化结构零件、定

制专用工装、售后个性换装件等方面的应用都引起了如标志、

宝马、宾利、丰田等汽车厂家的青睐（如下表所示），开发速

度及进程超乎想象。此外，3D打印对于汽车发烧友，也是改

装领域的另一大发展空间。

4）3D打印智能制造装备市场分析

智能制造产业链涵盖智能装备（机器人、数控机床、服务

机器人、其他自动化装备），工业互联网（机器视觉、传感器、

RFID、工业以太网以工业软件（ERP/MES/DCS等）、3D打印以

及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。

全球范围除了美国、德国和日本走在全球智能制造前列，其

余国家也在积极布局智能制造发展，德国和美国处于以品牌

核心技术为主导阶段，日本和韩国处于大规模集成电路芯片、

关键元器件和高端消费电子产品为主导阶段，中国还处于制

造业中低端，主要以生产零部件中间件，以及劳动驱动的制

造业为主，部分企业尝试进入智能设备行业，进入智能设备

的核心领域的企业仍为少数。

智能制苣装备的产业阶段;高费装备仍处于导入期

智能制造装备主要体现载体涉及工业机器人、3D打印设

备、数控机床、智能控制系统、传感器等主要行业，根据工

信部的统计，2016年我国智能制造行业产值规模达12233亿

元。据此测算，2016年全球智能制造产值规模在8687亿美

元左右，预计到2022年全球智能制造的产值将达到1.51万

亿美元左右。

工业机器人是智能制造业最具代表性的装备，日本、美

国、德国和韩国是工业机器人强国，日本工业机器人的装备

量约占世界工业机器人装备量的60%,其中中国及亚太地区

是安装量增量较大的市场。下游应用结构领域，机器人主要

应用于汽车、3C、家电等领域。我国机器人从2012年开始保

持迅猛的需求势头，连续四年蝉联销售量世界第一，2017年

需求量达到11.5万台，市场空间发展势头良好。

数控机床在汽车、航空航天以及军事工业中被广泛地应

用，其不断高端化、智能化，已成为智能制造业的重要组成

部分。美国、德