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        新聞動態
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        【行業觀察】3D打印技術有望實現工業量產,行業前景發展可期

        來源:中科智能 日期:2023-09-12 15:16:07

        據悉,蘋果正在積極采用3D打印技術,預計今年下半年發布的Apple Watch Ultra智能手表部分鈦金屬機械部件,將采用3D打印制造。


        今年7月,榮耀MagicV2鉸鏈的軸蓋部分首次采用鈦合金3D打印工藝,寬度相較于鋁合金材質降低27%,強度卻提升150%,實現輕薄與可靠的平衡,該機型是全球首款采用鈦合金鉸鏈的折疊旗艦機。如果蘋果此次出貨順利,3D打印將成為消費電子領域的標配。


        從長遠看,3D打印技術尚處于產業應用的初期,未來市場空間巨大。消費電子行業龍頭引入3D打印技術,將3D打印概念推升到了一個新高度,具有里程碑式的紀念意義,那么3D打印技術究竟有何優勢,未來發展前景如何?


        3D打印發展起源


        增材制造(Additive Manufacturing;AM),俗稱3D打印,是指以三維模型數據為基礎,利用打印頭、噴嘴或其他打印技術,通過材料堆積的方式制造零件或實物的工藝。3D 打印通過對材料自下而上逐層疊加的方式,將三維實體變為若干個二維平面,大幅降低了制造的復雜度。


        與傳統工藝需要大量時間制造模具不同,3D打印無需模具,只需設置好程序即可進行制造,大幅縮短生產時間。以生產GoPro相機復合弓支架StaBowMount為例,傳統工藝生產1000個零件需要12周制造模具,3天生產,合計87天,而3D打印總共僅需12天。


        3D打印技術示意圖


        3D打印概念早在數十年前就已提出,但產業化道路道阻且長,過去主要應用場景為小批量、復雜化、輕量化、定制化、功能一體化零部件制造,主要集中在航空航天、醫療、汽車等中高端領域。


        相較于傳統減材制造,3D打印優勢在于原料利用率高,制造周期短,復雜零件一次成型,因而在多品種、小批量生產中具有顯著優勢。


        隨著技術逐步成熟,3D打印逐步進入消費電子領域,如大批量生產小型家用電器中的零件,近期已參與到手機、智能手表等更大的消費電子市場,未來有望實現大批量生產。


        全球3D打印行業產值從2003年37億元增長至2022年1300億元,復合年均增長率達19.58%。預計2025年將達2086億元,2030年將達6000億元。


        我國3D打印技術雖然起步較晚,但同樣快速擴張。2011年國內3D打印市場規模僅為10億元,近幾年由2017年96億元迅速增長至2020年208億,復合年均增長率達29.40%,明顯高于全球增速。預計2025年我國3D打印市場規模將超過630億元,2021年-2025年復合年均增長率超20%。


        3D打印制造上游主要是生產所需原材料和3D打印制造設備的核心硬件和輔助設備,其中原材料是上游領域的核心,主要為金屬和非金屬材料;中游是3D打印制造設備和3D打印制造服務,設備為全產業鏈的核心。


        據統計,金屬材料占比從2015年11%逐步提升至2021年18%,并持續保持高增長態勢,2021年全球3D打印金屬粉末銷售額超4.7億美元,5年復合年均增長率達30%。


        全球增材制造市場正從非金屬打印轉向金屬打印,3D打印制造行業應以萬億美元規模的金屬零件制造市場為目標。


        下游的廣泛需求推動3D打印市場的快速擴張。我國主要應用領域集中在航空航天,占比約58%,其次為模具制造,占比約18%。


        3D 打印技術生產航天武器裝備與傳統制造方法相比,不僅能夠降低成本,還能極大縮短航天武器裝備零部件的設計和更新時間、改善航天武器裝備的熱力學性能并嘗試之前無法使用的設計。


        目前,國內部分軍機零件已開始使用金屬 3D 打印件。例如,FC-31 戰機中 100 多個零件靠 3D 打印制造,其中鈦合金和復合材料的用量較大。國際大型飛機制造商空客、波音、GE 等已采用金屬 3D 打印制造的零部件;國內 C919 大飛機的機翼中央翼緣條由鉑力特提供,在前機身和中后機身的登機門、服務門以及前后貨艙門上還使用了 23 個金屬 3D 打印部件。


        未來 20 年民航市場客機擴容產生金屬 3D 打印需求,形成行業發展的長期動力。


        此外,人形機器人中也用到了3D打印技術。


        波士頓動力的Atlas人形機器人經過14年的發展,集成了世界上最先進的技術,可以實現高度多樣化和靈活的運動,其中3D打印為Atlas的零件賦予了跳躍和翻騰所需的最佳強度/重量比。如采用3D打印來制造液壓動力單元,可以制造緊湊、輕量型閥塊,極大減輕重量并提高空間利用率。從結構圖可以看出,Atlas腿部采用了仿生設計,具有高強度/重量比的晶格以及類似人類骨骼的多孔結構,既保證強度又減輕質量,這種結構也只有3D打印能夠制造。


        近年來,行業龍頭公司通過自主研發、持續并購等方式,加速布局全產業鏈,從單一設備制造商向系統解決方案提供商轉變,如Stratasys 、3DSystems;或選擇從3D打印用戶企業向裝備及服務供應商轉變,如GE、鉑力特。


        3D行業投資前景預測


        制造業中任何一項重大核心技術的發展都需要經歷長期艱苦的發展過程,3D打印概念提出至今數十年,距離產業化破局仍有很長一段路,榮耀、蘋果等消費電子龍頭的應用或將加快這一進程。


        3D打印研發周期短、材料利用率高、產品質量輕等特點對于傳統制造業是有利補充,行業歷經多年發展正從起步期邁入成長期。


        政策風向助推,3D打印行業邁向輝煌新紀元:我國近年來高度重視3D打印市場的發展,并通過一系列政策扶持措施為其提供強力支持。


        2021年6月,《2021年度實施企業標準“領跑者”重點領域》將增材制造行業列為重點領域之一。此外,《增材制造標準領航行動計劃》提出到2022年建立完善的新型標準體系。這些政策的指導和支持,預計將推動我國3D打印產業年均增速超過25%。


        產業鏈協同蓬勃,3D打印行業多元發展蓄勢待發:隨著技術和市場的不斷演進,3D打印產業鏈上的專業分工日益深入。


        材料供應商、設備制造商和打印服務提供商等不同專業領域的企業相繼嶄露頭角。同時,第三方檢測驗證、金融、電子商務、知識產權保護等服務平臺也逐漸涌現,為3D打印行業提供全方位的支持。此外,汽車、電子、航天、醫療、制鞋等行業也積極探索3D打印技術的應用,為行業的多元發展注入了新的動力。


        材料創新驅動,3D打印應用領域不斷擴大:隨著材料種類的不斷豐富,3D打印的應用范圍也在不斷擴大。


        金屬材料、高分子材料和陶瓷材料等多種材料的廣泛應用推動了工業級3D打印機的銷售增長,使3D打印行業逐步從消費級市場向高端制造市場拓展。在消費生活領域,3D打印技術正逐漸滿足消費者個性化需求,并不斷提升產品的質量和穩定性。金屬材料的快速增長更是推動了3D打印行業的發展,為行業帶來了更廣闊的應用前景。


        3D打印行業正處于發展的螺旋式循環階段,不斷迭代創新。在政策扶持、技術革新和市場需求的共同驅動下,3D打印行業將逐步實現商業化模式的成熟,并在航空航天、國防軍工等領域實現更大的突破。


        同時,通過降低成本、提升產品質量和穩定性,3D打印行業也將持續拓展消費生活領域的市場空間,實現可持續發展的目標。這是3D打印行業發展的必然趨勢,也是3D打印行業投資前景判斷的重要依據。


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