4月21日,北方工业大学机械与材料工程学院副教授胡福文在CIO时代APP微讲座栏目作了题为《3D打印格局的大视野认知》的主题分享,详细介绍了3D打印产业的概念和发展。
目前,格局二字比较流行。个人认为,所谓的“格”是认知的分辨率,“局”是不同的认知维度,认知的分辨率加上认知的维度便构成了认知的格局。所谓的大视野认知是从大尺度、大范围来认知。
一、3D打印的产业链所谓的产业链是指产业中不同企业间的供给与需求关系,它们形成了一个链条。3D打印的产业链向上游延伸便进入到基础产业环节和技术研发环节,主要包括基础材料、打印原材料的研制供应,3D打印设备的研制和供应,包括相关软件、数字化设计的专门机构,这便是3D打印的上游。3D打印产业链向下游延伸便进入到市场拓展环节,主要是与具体的行业应用相结合,如民用消费领域、工业设计领域、航空航天军工领域、服装设计、汽车工业、传播、医疗、饮食等等。下游主要是各个行业的具体应用。在产业链中不同环节的利润率是不同的,这对从事3D打印行业的人而言特别重要。打印设备的利润率一般在30%左右,打印材料的利润率一般在60%以上,而应用服务的利润率达到40%左右,通过这些可以看出,打印材料是3D打印产业链的核心环节,具有高技术、高附加值的特点。目前3D打印的耗材主要垄断在美国的3DSystems、德国的EOS等大公司手中,我们国家涉及3D打印材料的企业,尤其是高端基础材料的企业相对而言还比较少。因此,3D打印耗材已成为制约我国3D打印产业发展的核心瓶颈之一。
二、3D打印的市场成长
上图为2015年Wohlers公司发布的一个报告,它在2015年时,统计的2014年全球3D打印市场规模是41亿美元,当时的2014年也被称为3D打印元年,年增长率超过了35%。2014年的统计值是2015年发布的,2015年预测2016年的市场规模会达到70亿美元。根据2017年4月份Wholers发布的最新报告,2016年全球的3D打印市场规模达到了60.63亿美元,比预期的70亿美元略低。
3D打印巨头3Dsystems2016年总收入6.33亿美元,比2015年的6.41亿美元略有下降。我国市场规模最大的3D打印企业先临三维2016年达到3亿元,利润最多3300万元。根据我国海尔电器发布的2016年业绩,收入约人民币638.55亿元。通过对比发现,3D打印仍然是一个刚出生的婴儿。
上图为2015年全球主要的3D打印公司的市场份额分布情况,可以看出,美国的Stratasys占41.1%,3Dsystems占15%,德国的Envisiontec占10%,爱尔兰Mcor占5.6%,德国的EOS占2.9%,其余公司占25.1%。美国的Stratasys和3Dsystems占据了全球将近一半的市场份额,这是有历史原因的。其中3Dsystems公司成立于1986年,它是由发明家CharlesHull创立的,是世界上第一家3D打印公司,其核心技术是SLA光固化成型技术。Stratasys是1988年由?Scott?Crump创立的,其核心技术是FDM熔融沉积成型技术。
上图为全世界3D打印机的保有量分布,从1988年一直统计到2015年。可以看出,世界上3D打印机的保有量仍主要集中于美国,占了将近40%,中国大陆占9.5%,是发展中国家最高的,也基本上反映了我国3D打印在全球的位置。
上图为3D打印耗材的份额,是截止到2015年的统计数据。可以看出,光敏树脂占比最高,占了45%;树脂粉末占了24.9%;消费级用到的纤维占了15.1%;金属粉末占了11%;其他材料占了3.1%。耗材的分布也反映了不同3D打印技术原理的市场分类情况。常见的FDM技术耗材占到了15%。金属粉末近几年在快速上涨。
上图为3D打印的应用情况,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。用于配合设计的占16.2%,用于复杂的装配;可视化辅助占了8.5%,主要是设计师、工程师用于和客户间进行交流,包括医学上的辅助化治疗;教育研究占了10.1%,包括创客教育、一些科研实验。
三、3D打印的技术发展
上图是根据文献计量分析得到的图,可以直观看出SLM(选择性激光烧结技术)是当前研究的热点,是和传统制造进行竞争的最后堡垒。
3D打印在各领域无边界的创新应用、颠覆性应用、奇特应用、混合应用也是当前的研究热点,这说明3D打印技术正在向各领域快速渗透,但还在研究层面,这是3D打印未来发展的一个成长性空间。
另外,从上图中可以看出,3D打印在一些医疗领域应用全面开花,包括3D生物打印、人体植入、组织工程、手术规划导板等都是当前的研究热点,可以说,3D打印在医疗医学领域全面开花,有一定的引领特征。
四、总结通过上述分析,可以得到以下三点基本认知: 1.3D打印产业与家电、汽车等其他成熟产业相比,仍然是一个刚刚出生的婴儿,市场规模还非常弱小,属于朝阳性的上升期产业。 2.不论是3D打印技术,还是产业,美国仍居于绝对的领头羊地位,具有一定的垄断地位。通过3D打印设备的保有量、3D打印市场份额的占有量、技术的发展史可以看出,美国在整个3D打印行业具有垄断性地位,而中国的3D打印企业与美国、德国、爱尔兰、日本相比,还未表现出明显的优势。 3.3D打印技术本身与行业应用本身在快速地发展,正在向各行业快速地渗透,包括教育研究行业,教育研究行业可为我们提供一大批具有3D打印思维的人才,他们的成长可将3D打印技术的优势淋漓尽致地发挥。