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胡福文:3D打印格局的大視野認知

4月21日,北方工業(yè)大學機械與材料工程學院副教授胡福文在CIO時代APP微講座欄目作了題為《3D打印格局的大視野認知》的主題分享,詳細介紹了3D打印產(chǎn)業(yè)的概念和發(fā)展。


目前,格局二字比較流行。個人認為,所謂的“格”是認知的分辨率,“局”是不同的認知維度,認知的分辨率加上認知的維度便構(gòu)成了認知的格局。所謂的大視野認知是從大尺度、大范圍來認知。


一、3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈 所謂的產(chǎn)業(yè)鏈是指產(chǎn)業(yè)中不同企業(yè)間的供給與需求關(guān)系,它們形成了一個鏈條。3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈向上游延伸便進入到基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)和技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié),主要包括基礎(chǔ)材料、打印原材料的研制供應(yīng),3D打印設(shè)備的研制和供應(yīng),包括相關(guān)軟件、數(shù)字化設(shè)計的專門機構(gòu),這便是3D打印的上游。 3D打印產(chǎn)業(yè)鏈向下游延伸便進入到市場拓展環(huán)節(jié),主要是與具體的行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合,如民用消費領(lǐng)域、工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域、航空航天軍工領(lǐng)域、服裝設(shè)計、汽車工業(yè)、傳播、醫(yī)療、飲食等等。下游主要是各個行業(yè)的具體應(yīng)用。 在產(chǎn)業(yè)鏈中不同環(huán)節(jié)的利潤率是不同的,這對從事3D打印行業(yè)的人而言特別重要。打印設(shè)備的利潤率一般在30%左右,打印材料的利潤率一般在60%以上,而應(yīng)用服務(wù)的利潤率達到40%左右,通過這些可以看出,打印材料是3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié),具有高技術(shù)、高附加值的特點。 目前3D打印的耗材主要壟斷在美國的3DSystems、德國的EOS等大公司手中,我們國家涉及3D打印材料的企業(yè),尤其是高端基礎(chǔ)材料的企業(yè)相對而言還比較少。因此,3D打印耗材已成為制約我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心瓶頸之一。
二、3D打印的市場成長


上圖為2015年Wohlers公司發(fā)布的一個報告,它在2015年時,統(tǒng)計的2014年全球3D打印市場規(guī)模是41億美元,當時的2014年也被稱為3D打印元年,年增長率超過了35%。2014年的統(tǒng)計值是2015年發(fā)布的,2015年預(yù)測2016年的市場規(guī)模會達到70億美元。根據(jù)2017年4月份Wholers發(fā)布的最新報告,2016年全球的3D打印市場規(guī)模達到了60.63億美元,比預(yù)期的70億美元略低。

3D打印巨頭3Dsystems2016年總收入6.33億美元,比2015年的6.41億美元略有下降。我國市場規(guī)模最大的3D打印企業(yè)先臨三維2016年達到3億元,利潤最多3300萬元。根據(jù)我國海爾電器發(fā)布的2016年業(yè)績,收入約人民幣638.55億元。通過對比發(fā)現(xiàn),3D打印仍然是一個剛出生的嬰兒。


上圖為2015年全球主要的3D打印公司的市場份額分布情況,可以看出,美國的Stratasys占41.1%,3Dsystems占15%,德國的Envisiontec占10%,愛爾蘭Mcor占5.6%,德國的EOS占2.9%,其余公司占25.1%。美國的Stratasys和3Dsystems占據(jù)了全球?qū)⒔话氲氖袌龇蓊~,這是有歷史原因的。其中3Dsystems公司成立于1986年,它是由發(fā)明家CharlesHull創(chuàng)立的,是世界上第一家3D打印公司,其核心技術(shù)是SLA光固化成型技術(shù)。Stratasys是1988年由?Scott?Crump創(chuàng)立的,其核心技術(shù)是FDM熔融沉積成型技術(shù)。


上圖為全世界3D打印機的保有量分布,從1988年一直統(tǒng)計到2015年??梢钥闯觯澜缟?D打印機的保有量仍主要集中于美國,占了將近40%,中國大陸占9.5%,是發(fā)展中國家最高的,也基本上反映了我國3D打印在全球的位置。


上圖為3D打印耗材的份額,是截止到2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)??梢钥闯?,光敏樹脂占比最高,占了45%;樹脂粉末占了24.9%;消費級用到的纖維占了15.1%;金屬粉末占了11%;其他材料占了3.1%。耗材的分布也反映了不同3D打印技術(shù)原理的市場分類情況。常見的FDM技術(shù)耗材占到了15%。金屬粉末近幾年在快速上漲。


上圖為3D打印的應(yīng)用情況,可以看出,3D打印的30%用于功能性零件,具有一定的功能,其占比最高。用于配合設(shè)計的占16.2%,用于復雜的裝配;可視化輔助占了8.5%,主要是設(shè)計師、工程師用于和客戶間進行交流,包括醫(yī)學上的輔助化治療;教育研究占了10.1%,包括創(chuàng)客教育、一些科研實驗。


三、3D打印的技術(shù)發(fā)展


上圖是根據(jù)文獻計量分析得到的圖,可以直觀看出SLM(選擇性激光燒結(jié)技術(shù))是當前研究的熱點,是和傳統(tǒng)制造進行競爭的最后堡壘。

3D打印在各領(lǐng)域無邊界的創(chuàng)新應(yīng)用、顛覆性應(yīng)用、奇特應(yīng)用、混合應(yīng)用也是當前的研究熱點,這說明3D打印技術(shù)正在向各領(lǐng)域快速滲透,但還在研究層面,這是3D打印未來發(fā)展的一個成長性空間。

另外,從上圖中可以看出,3D打印在一些醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用全面開花,包括3D生物打印、人體植入、組織工程、手術(shù)規(guī)劃導板等都是當前的研究熱點,可以說,3D打印在醫(yī)療醫(yī)學領(lǐng)域全面開花,有一定的引領(lǐng)特征。


四、總結(jié) 通過上述分析,可以得到以下三點基本認知: 1.3D打印產(chǎn)業(yè)與家電、汽車等其他成熟產(chǎn)業(yè)相比,仍然是一個剛剛出生的嬰兒,市場規(guī)模還非常弱小,屬于朝陽性的上升期產(chǎn)業(yè)。 2.不論是3D打印技術(shù),還是產(chǎn)業(yè),美國仍居于絕對的領(lǐng)頭羊地位,具有一定的壟斷地位。通過3D打印設(shè)備的保有量、3D打印市場份額的占有量、技術(shù)的發(fā)展史可以看出,美國在整個3D打印行業(yè)具有壟斷性地位,而中國的3D打印企業(yè)與美國、德國、愛爾蘭、日本相比,還未表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。 3.3D打印技術(shù)本身與行業(yè)應(yīng)用本身在快速地發(fā)展,正在向各行業(yè)快速地滲透,包括教育研究行業(yè),教育研究行業(yè)可為我們提供一大批具有3D打印思維的人才,他們的成長可將3D打印技術(shù)的優(yōu)勢淋漓盡致地發(fā)揮。

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