10月(yuè)22日,在(zài)“直(zhí)通乌镇”全球互联网大(dà)赛总决赛上(shàng),3D打印公司「LuxCreo清锋时代」获得了大赛(sài)冠(guàn)军。同月,专(zhuān)攻数字(zì)化齿科(kē)3D打印机的「迅(xùn)实(shí)科(kē)技(jì)」,宣布完成过亿元人民币的B轮融(róng)资。
8月8日,「LuxCreo清锋(fēng)时(shí)代」宣布完成KPCB领投,北极光创投、顺为资(zī)本跟(gēn)投的3000万美元(yuán)B轮融资。 8月26日(rì),研发微(wēi)纳米级3D打(dǎ)印(yìn)设备及材料的「摩方材料」完(wán)成(chéng)1亿人民币A+轮融资。
在过去的两个(gè)月里,3D打印企(qǐ)业吸引了不少市场(chǎng)关注。此前(qián),36氪也(yě)曾经(jīng)对2018年、2019年的(de)两年来3D打印领域的投融资情况以及目(mù)前3D打印整个产业状况进行了分析。(详情请看:发明30年后,3D打印(yìn)现状如何?)
继续3D打(dǎ)印的话(huà)题,国内(nèi)3D打印领域主要有哪些玩家组(zǔ)成?相信(xìn)读完(wán)这篇文章,你一(yī)定能得出答案(àn)。
3D打印是什么(me)?
3D打印是增材制造的另一种说(shuō)法,它是以数(shù)字(zì)模型为基础(chǔ),将(jiāng)材(cái)料(liào)逐层堆积(jī)制造出实体物品的(de)新兴制造技术。增材制造可节约(yuē)制造材(cái)料和(hé)加工时间,制作形(xíng)态万(wàn)千的物品,实现制造(zào)的个性化和定(dìng)制化。增材制造实现了制(zhì)造方式(shì)从等材、减材(cái)到增材的(de)转(zhuǎn)变,改(gǎi)变了传统制造的工艺(yì)流程(chéng)、生(shēng)产线、工厂模式、产业链组合,被认为是制(zhì)造领域(yù)极具代表的(de)颠覆性技术。
为抢占(zhàn)增材制造(zào)技(jì)术及产(chǎn)业发(fā)展先机,多个国家和地区将其列为重点发展(zhǎn)方向,制定了(le)相关规划及扶持政策。
按3D打印产业链,可(kě)以根据上中下游分为3D打印材料、3D打印设备、3D打印(yìn)服(fú)务、以(yǐ)及(jí)3D打(dǎ)印应用。而按照3D打印原材料的则可以分为(wéi)金属3D打印和非金属3D打印(yìn)两大(dà)类;按(àn)照应用上的区别又可以分为工业(yè)级(jí)3D打印、特种打印(yìn)等。
在这份行业图谱(pǔ)里,我们将(jiāng)整个3D打印行业(yè)拆(chāi)分成(chéng)金属3D打印和非金属(shǔ)3D打印两大类,并以相关的打印(yìn)技术和应用范围(wéi)为(wéi)细分项为大(dà)家(jiā)盘(pán)点整个市场的企业格(gé)局。
一、金(jīn)属(shǔ)3D打印
1、金(jīn)属3D打印材料
与普通材料不同的是,3D打印材料需要应用特有的技术进行制备,来满(mǎn)足3D打印产品及(jí)3D打印(yìn)设备对材料的(de)特殊要(yào)求。根据所(suǒ)使用的3D打印技术的不同(tóng)、制(zhì)造的零(líng)件用(yòng)途(tú)不同,所需要的材(cái)料也不(bú)相同(tóng)。
金(jīn)属(shǔ)3D打印材料主要是金属粉末,主要材质包(bāo)括钴基(jī)合金、不锈钢、工(gōng)具钢、模具钢、镍基合金、钛(tài)及(jí)钛合金,以及各系铝(lǚ)合金等。
据有关数据分析报告显示,未来市场3D复合打印材料的(de)规模将(jiāng)不断(duàn)增加,金属材料的应用也会逐年上(shàng)升,预计2022年复合材料有望达到1.11亿美元,3D打印金属材料的市场规模达到8亿美元,金属材料的研发生产将有更(gèng)广阔的市场空间。
在金属(shǔ)3D打印材料领域(yù),有公司仅针(zhēn)对(duì)特(tè)定(dìng)领域提供(gòng)专业材料。如「中航(háng)迈(mài)特」,主营业(yè)务业(yè)务就是航空航天(tiān)金属 3D 打印粉(fěn)末材料研发和生(shēng)产,年产能将(jiāng)达至少(shǎo)1000吨;以及「融天航空器材(cái)」代(dài)理来(lái)自美国、欧(ōu)洲(zhōu)的航空用3D打印金属粉末。
更多的厂商(shāng)是生产通用(yòng)性(xìng)的金属(shǔ)粉(fěn)末产品。如(rú)「纳联材料」生产适用于SLM、EBM、DED 等技术的(de)基合金、不(bú)锈钢、工具(jù)钢、模具钢、镍基合金、钛及钛合金(jīn)金属粉末材料;同类公(gōng)司还有「宇光飞利金(jīn)属材料」、「金源智(zhì)能技(jì)术」、「微纳增材技术」、「康(kāng)普锡威科技(jì)」、「英(yīng)纳特(tè)纳米科技」、「优材科(kē)技」、「中体(tǐ)新材料」、「上海状迈」等(děng)。
此外,还有部分兼备(bèi)打印(yìn)设备和(hé)材料(liào)的公司,将在下文进行讨论。
2、金属3D打印(yìn)装(zhuāng)备
现在主流(liú)的(de)金属3D打印技术有:激光选区熔化(SLM)、激光近净成型(LENS)和(hé)电(diàn)子束选(xuǎn)区熔化(EBSM)技(jì)术、直(zhí)接能量沉积(DED)技(jì)术以及(jí)电子束熔丝沉(chén)积(EBDM)。
来源:国家(jiā)增材制造产业(3D)发展推进计划(huá)(2015-2016年)
(1)激光(guāng)选区熔(róng)化(SLM)
SLM是(shì)目前金属3D打印成型(xíng)中最普遍的技术,其(qí)工作原理为(wéi):计算机将物体的三维数据转化为一层层截面 2D数据并传(chuán)输给打印机,打印过程中,在基板(bǎn)上用刮刀铺上设定(dìng)层厚的金属粉末,聚焦的激光在扫描振镜的控制下按照事先(xiān)规划好的路径与工(gōng)艺参数进行(háng)扫描,金属粉末(mò)在(zài)高能量激光(guāng)的照射(shè)下(xià)其发生(shēng)熔化,快(kuài)速凝固,形成冶(yě)金结合层(céng)。当一层打印任务结(jié)束后(hòu), 基板(bǎn)下降一个切(qiē)片层厚高度,刮刀继续(xù)进行粉末(mò)铺平,激光扫描加工,重复(fù)这(zhè)样的过(guò)程直至整个零件打印结束。(引用自铂力特招股书)
该技术的优势在于可以广泛应用于复杂形状的金属零件的批量生产,而且(qiě)大(dà)多数金属(shǔ)粉末都适用于这(zhè)种技术(shù),包(bāo)括钛合金(jīn)、铝合金、高温(wēn)合金、铜(tóng)合(hé)金、钴铬合金、 不锈钢、高强(qiáng)钢、模具(jù)钢等,得到的零件致密度几近100%。
3D打印领域唯一的科创板公司「铂(bó)力特」的自研设备就以SLM 3D打印机为主,其招股说(shuō)明书显示其(qí)SLM设备(bèi)成(chéng)形机时累计突破50万小时。在打印(yìn)材料方面(miàn),铂力特在开(kāi)发了数种传统钛合金、 铝合金等材料基础(chǔ)上,成功研发增(zēng)材(cái)制造专用新型钛(tài)合金粉(fěn)末TiAM1、铝合金粉末AlAM1。
以及主要面向航天、航(háng)空、航海、核(hé)电等高端制造领域金属3D打印服务的「鑫精合」同样也是主要利用(yòng)SLM技术进行(háng)服务。此外,该(gāi)公司还掌(zhǎng)握激光沉积制(zhì)造(LDM)的工艺技术,目前拥有50 台自主(zhǔ)研(yán)发的系(xì)列(liè)化金属选区熔化设,11台超大型号自(zì)主研发的金(jīn)属(shǔ)沉积制(zhì)造设(shè)备,在职人员 600余(yú)人。
另外,在金属(shǔ)(SLM)3D打印领域,还有如(rú)「广东汉邦科技」、「永年激光」、「易(yì)加三维(wéi)」、「易博三维」、「西帝摩」等。
(2)其他金(jīn)属(shǔ)3D打印(yìn)技术
LENS(Laser Engineered Net Shaping)是一(yī)种基于同步送粉的激光熔覆沉积技术,激光束在控制下,按照预(yù)先设(shè)定的(de)路径,进行移(yí)动;同时,粉末喷嘴将金属粉末(mò)直(zhí)接(jiē)输送到激光光斑下,使之由(yóu)点到线、由线到(dào)面的顺序凝固,从而完成一个层(céng)截面的(de)打印(yìn)工作,这样层层(céng)叠加,制造(zào)出近净形的零部件实(shí)体。使用该(gāi)技术的打印机(jī)通常会与(yǔ)相应的CNC铣削单元混合使用。
美国(guó)的「Optomec」上世纪九十年代末开始(shǐ)集中于(yú)LENS技术(shù)的商业开(kāi)发,可以做到(dào)以五个运动轴(zhóu)移动装置(zhì)逐(zhú)渐(jiàn)建(jiàn)立3D金属物(wù)体,今年3月推出了两款新(xīn)的独立系统(tǒng)LENS CS 600和CS 800。国内(nèi)比较典型的公司是(shì)「大连海博瑞思科技」,该(gāi)公司融合了LENS技术,研发了五轴混合加工制(zhì)造(zào)技术,生(shēng)产了(le)相(xiàng)关设备并提供相对应(yīng)的解决方案。
电子(zǐ)束选区熔化(EBSM/EBM)是通(tōng)过在真空环境下使用电(diàn)子(zǐ)束扫描(miáo)、熔化粉末材(cái)料,逐层沉积制造3D金属零(líng)件的工艺,相对于SLM技术加工效率更高(gāo),成本(běn)也更低,但技术难度(dù)相(xiàng)对更(gèng)高。
最早(zǎo)将该(gāi)技术商(shāng)业化的(de)是瑞典(diǎn)的(de)「Arcam AB」公司,国内则有「智束科技」,该公司核心技术与团(tuán)队均来源于清华大学(xué),开发了具(jù)有自主知识产权的EBSM金属(shǔ)3D打印装备,该技术可(kě)广泛应用(yòng)于航空航(háng)天高性能复杂零部件和医疗植入体制造等领域。
二、非金属3D打印
1、非金属3D打印材料(liào)
目前(qián)能够用于3D打印的材料已有1000多种,绝大(dà)部分都是非金(jīn)属(shǔ)材料。非金属3D打印主要使(shǐ)用的是高分子材料,包(bāo)括(kuò)合成(chéng)高(gāo)分子材料,如聚乳酸(PLA)、聚乙二醇(PEG)、聚对苯二甲(jiǎ)酸乙二醇酯-1,4-环(huán)己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羟(qiǎng)基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二(èr)醇酯(zhǐ)(PBS)、聚(jù)己内酯(PCL)以及光敏树脂等;热塑性(xìng)高分子材料,如PC、ABS-M30i、尼龙、PEEK等(děng);天(tiān)然高(gāo)分(fèn)子材料,如藻酸盐、胶原、纤维蛋白原、明胶(jiāo)、细胞(bāo)外基质、琼脂糖、葡(pú)聚糖、葡萄(táo)糖、蔗糖(táng)、壳聚糖等。
加工(gōng)方会根据不同的3D打印技术特性及应用产品需求,选(xuǎn)择不同性能的材料。市场上(shàng),也有许多专门研发生产3d打印材料的(de)公司。
如(rú)「eSUN 易生」,它是深圳光华伟(wěi)业股份有限公司2007年进入(rù)3D打印材料制(zhì)造领域时创(chuàng)立(lì)的品牌。截止到 2019年4月,「eSUN 易生」已经上市了超40种FDM材料、以(yǐ)及适用于(yú)光固化3D打印(yìn)的光敏(mǐn)树脂系列。还开发了iSUN3D医疗鞋垫(diàn)3D打印系统(tǒng)系统(tǒng),目前(qián),公司产品拥有(yǒu) REACH、RoHS、CE、ISO 等(děng)全系(xì)列认证,全球代理商累计(jì)超50个,产品销往(wǎng)了100多个国家(jiā)及地(dì)区。
目前,FDM(Fused Deposition Modeling,熔积(jī)成型法)是市(shì)面上成本最低,应用也最广的3D打印技术,FDM工艺使用丝(sī)状(zhuàng)材料,可选择多种(zhǒng)材(cái)料(liào)进行加(jiā)工,包括聚碳(tàn)酸酯、工程塑料以及二者的混(hún)合材料等。因而,也有(yǒu)公司专门针对FDM公司(sī)研发材(cái)料。
如36氪(kè)采访到(dào)的「Polymaker」,这是一家成立于2012年,在工程塑料的3D打印材料在全世界范围(wéi)都有(yǒu)较(jiào)高的知名(míng)度的公司(sī),在中国、美国与荷兰均设(shè)立(lì)分公(gōng)司,90%以上的产品销往美国、德国、日本(běn)等海外市(shì)场。同(tóng)时,该公司也可以根据客户需求研发(fā)有(yǒu)针对性的材(cái)料,比如(rú)为航(háng)空(kōng)公司研制(zhì)飞机上使用的阻燃材料。
另外,同样以FDM线材为主的材料厂(chǎng)商还有「广州优塑」、「Elements 3D」、「青岛(dǎo)宏飞达」、 「深(shēn)圳市众景优品」、 「瑞贝思(sī)三维」、「辰岳科技」、「北京斯科瑞化工(gōng)」等。
除了FDM工艺(yì),DLP和SLA技(jì)术也是非金(jīn)属3D打印中的(de)两(liǎng)种重(chóng)要(yào)工(gōng)艺(具体技术阐述将在后(hòu)文展(zhǎn)开),它(tā)们使用的耗材则是光敏树脂。这类材料的(de)制造(zào)工(gōng)艺难度以(yǐ)及成(chéng)本(běn)都(dōu)相对(duì)较高(gāo),高质量(liàng)液态光敏树(shù)脂仍然(rán)依赖(lài)进口也需要从国外进口。
在光(guāng)敏树脂材料研发生产领域,有(yǒu)「广州双力(lì)」这类既生产_塑料丝和光(guāng)敏树脂的公司,也(yě)有专注光(guāng)敏树(shù)脂材料的公司,如「力邦新材(cái)料(liào)」、「正(zhèng)邦科技」、「雅霖(lín)特种材料」等(děng)。另外(wài),也会有3D打(dǎ)印设备和服务的公司会(huì)涉及到该(gāi)材(cái)料的研发,如36氪曾(céng)报(bào)道的「塑成科技(jì)」、「清锋时代」、「UNIZ」。
除了(le)这些主流材料,也还(hái)有公司把目光(guāng)投(tóu)向了(le)特(tè)种材料,如「飞(fēi)亚新材料(liào)」开发了(le)聚芳醚(mí)醚腈(jīng)(PEEN)特种高分子材(cái)料、「随身科技(jì)」研发了石墨烯尼龙(lóng)复(fù)合材(cái)料、「晗宇科技」开发了高(gāo)精密度3D打印石蜡耗材。
2、非金(jīn)属3D打印设备
现在(zài)主流的(de)非金(jīn)属3D打(dǎ)印技术(shù)有(yǒu):熔积成型法(FDM)、立(lì)体(tǐ)光固(gù)化成型技术(SLA)、数字光投影技术(DLP)、非金属激光粉末烧(shāo)结(SLS)。
(1)熔积成型法(FDM)
熔(róng)融沉积成(chéng)型法(fǎ)(FDM,Fused Deposition Modeling),这种工艺是通过将(jiāng)丝状材料如热塑性塑料、蜡或(huò)金属的熔丝从加热的喷嘴挤出,按照零件每一层的(de)预定轨迹,以固定(dìng)的速率进行熔体(tǐ)沉积。主要用途是塑料(liào)件、铸造用蜡模、样件或模型制(zhì)造。但相(xiàng)对(duì)于(yú)其(qí)他几种工艺,加(jiā)工精度低、时间较长(zhǎng)。
FDM不用激(jī)光,使(shǐ)用、维(wéi)护简(jiǎn)单(dān),成本低,可以(yǐ)满(mǎn)足消费级客户的DIY要求,也能满足企业低价零(líng)件制造以及模型(xíng)制造的(de)要(yào)求。
36氪(kè)曾报道(dào)过(guò)的「创想三维」就是一家桌面(miàn)级3D打印(yìn)机厂(chǎng)商,主要提供用于家庭(tíng)场(chǎng)景(jǐng)的FDM桌面级3D打印机硬件产(chǎn)品和耗材,年(nián)出货量50万台,全年营收的 90% 以上来自于(yú)海外(wài)市场。除(chú)此之外(wài),公司创想三维也研发了大型3D打印设备以及桌面级(jí)光固化(huà)打印(yìn)机,在工(gōng)业级打印同样也所有涉及。同样针(zhēn)对消费级桌面(miàn)3D打印的公(gōng)司,36氪还曾报道过「Snapmaker」。
除了消费级桌面打印(yìn)机(jī),更多的公(gōng)司(sī)瞄准的是FDM工业级3D打印市场(chǎng)。比如(rú)「弘瑞3D打印」、「复(fù)志Raise 3D」、「PMAX巨影(yǐng)」、「海(hǎi)芯科技」等。
(2)立体(tǐ)光固(gù)化成型(xíng)(SLA)和数字光处理(DLP)
立体光固化成型(xíng)(SLA),是使用激光束(shù)在液态(tài)树脂表面勾画出(chū)物体的第一层形状,然后制(zhì)作平台(tái)下降一定的距离(0.05-0.025mm之间),再(zài)让固化层(céng)浸入(rù)液(yè)态树脂中,如(rú)此反复。使用的树脂是光(guāng)敏(mǐn)树脂,激光束照射后会形成固态(tài)。
在SLA 3D打印领域(yù),「联(lián)泰(tài)科技」拥有(yǒu)较(jiào)高的知(zhī)名度,据其官网介绍联(lián)泰(tài)科技目(mù)前拥有国内立体光(guāng)固化(SLA)3D 打印技术最大(dà)份(fèn)额的工(gōng)业领域客户群,国(guó)内市场占有率超(chāo)过 60%。产品已被广(guǎng)泛应用于(yú)手板(bǎn) 模(mó)具、鞋业、口腔医疗、文化创意(yì)、汽(qì)车、电子以及教育科(kē)研等多个应用及(jí)行业领域(yù)。
另外(wài),「中瑞科(kē)技」也在光固化3D打印(yìn)机方面有所积累,尽(jìn)管(guǎn)该公司SLA光固(gù)化、SLM选区激(jī)光(guāng)熔化、SLS尼龙粉末烧结和FMS铸(zhù)造砂(shā)模和(hé)AMC陶瓷都有打印设备(bèi),还提供相(xiàng)配(pèi)套的3D打印材料和(hé)3D打印(yìn)软件,但光固化3D打印机的种类最多(duō)。同时,公司也有涉及SLM金属打印机。其他集中在SLA光固化3D打印的公司(sī),还包括「东(dōng)莞鸿(hóng)泰」、「深圳金石」、「嘉兴善(shàn)维」、「佛山吗卡」。
数字光处理(DLP),使(shǐ)用的耗材和SLA一(yī)样,都是光固化树脂。DLP与SLA最大的不同在于,DLP用的是投影仪的数字光源,SLA用的是激光头。正因(yīn)为(wéi)如(rú)此,DLP一扫(sǎo)就是一片,SLA成形(xíng)只能靠一(yī)个激光点。比(bǐ)较典型的企业有「迅实科技」,该公司拥有针对珠宝设计、齿科等多种行业应用的多款打印(yìn)机(jī)。以及「黑格智造」,该(gāi)公司以“DLP+”在智(zhì)能化、打印精度(dù)、成型速度、稳定(dìng)性、成(chéng)型幅面上(shàng),相较于(yú)传统DLP有(yǒu)了较大的提升,让使用该技术的设(shè)备更加适合大规模的终端产品,包括牙齿矫正套、消(xiāo)费类(lèi)电子产(chǎn)品等的生产。
光固化技术(shù)相较于FDM来说,最(zuì)主(zhǔ)要的优(yōu)势(shì)就是精(jīng)度(dù)更高,速度更快。
目前3D打印企(qǐ)业仍然面对成本较(jiào)高,盈利较(jiào)难的困境。很大一(yī)部(bù)分原因就在于(yú),打(dǎ)印速度难以跟上,效(xiào)率较低(dī)。于(yú)是兼顾精度,提升速度的打印方案开始(shǐ)越来(lái)越被(bèi)关注(zhù),有企(qǐ)业对传统(tǒng)对光固化技术进行革新已(yǐ)达到更(gèng)快速(sù)度的目的(de)。
10月(yuè)中(zhōng)旬(xún),美国西北大学在《Science》上发表了的新一(yī)代(dài)高速、大尺寸、光固化的3D打印技术HARP (high-area rapid printing)技术的(de)技(jì)术论文(wén)。科学家们也以此创办了Azul 3D公司。
据南极熊3D打印报道,HARP技术采用垂直打印,用紫外线将液态树(shù)脂固化为硬化(huà)的塑料。此过程可以打印出坚硬、有弹(dàn)性甚至陶(táo)瓷。与(yǔ)其他3D打印技(jì)术常见的叠层结构相反,这些连续打(dǎ)印的零件机械性能很好,可以用作汽(qì)车、飞(fēi)机、牙科、矫形器(qì)、时尚等等的零件。在打印过程中,HARP采用液体聚四氟乙烯(xī)在接口上流动得(dé)以除去热量,然后通过冷却单(dān)元进行循环。
Azul3D称(chēng)自己(jǐ)的HARP技(jì)术,已经突破了Carbon3D的CLIP技术打印(yìn)速度的最高纪录,Carbon3D是目前全球3D打印公司中(zhōng)估(gū)值最高的企(qǐ)业之一。它(tā)的CLIP技术是利用一(yī)层透(tòu)氧(yǎng)膜,隔离光敏树脂液体(tǐ)和空气中的氧气,实现高(gāo)速、连(lián)续的3D打印(yìn)成型。
2019年6月,Carbon获得了E轮的投资,融资(zī)规模高达(dá)2.6亿美元(约18亿元人民币),而(ér)估值(zhí)则达到了24亿美元(165亿元人民(mín)币)。截止(zhǐ)2019年10月(yuè),Carbon3D已(yǐ)经推出(chū)了最(zuì)新一(yī)代的高速量(liàng)产3D打印机L1,目标就是大批量生产应用的。
在国内,也有企业在(zài)速度上下功夫。如36氪曾经(jīng)报道过的「UNIZ」以 LCD-SLA 光固化技术为核心,加上其(qí)特(tè)有的Uni-Directional Peel(UDP,单向剥离)技术,使得其打印机(jī)的精度和速(sù)度都能保持较高水平,号称3D打印速度可达1200mm/h以上。
还有此前提到的「清锋时代」则研发了类似于光(guāng)固化的LEAP技术,据称可将3D打印速度提升百倍。该技(jì)术搭(dā)配公司研发的可量产高(gāo)性能弹性材(cái)料EM-11,将用(yòng)于(yú)清锋时代(dài)3D打印鞋底的批量生产。
同样要(yào)用(yòng)3D打印技术量(liàng)产鞋底的,还有「塑(sù)成科技」,该公司采用的是精(jīng)度更高,速度(dù)更快的光固(gù)化打印技术,是传统(tǒng)速度的60-90倍。
(3)其他非金(jīn)属3D打印技术
SLS,在行业内(nèi)叫做粉末烧(shāo)结,其可用材料(liào)包括高(gāo)分子、金属、陶瓷、石膏(gāo)、尼龙等多种粉末材料。
在(zài)尼龙3D打(dǎ)印中,「华(huá)曙高科」是头部企业,现有(yǒu)员工超过280人,其(qí)中研(yán)发(fā)人员超过 40%,公(gōng)司共申请专利超过百(bǎi)项,获得专(zhuān)利授权近百项,同(tóng)时研发金属3D打(dǎ)印设备及尼(ní)龙等高分(fèn)子3D打印材料(liào)。此外,该公司在金(jīn)属3D打(dǎ)印领域也有(yǒu)所涉及。
3DP工艺与SLS工艺类似,采用粉末材料(liào)成形,如陶瓷粉末(mò),金属粉末。不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的(de),而是(shì)通过喷头用粘接剂(如硅胶(jiāo))将(jiāng)零件的截面“印刷”在材料粉末上面。如「宁夏共享集团」就(jiù)采用(yòng) 3DP 工艺“逐层叠加、增材制造”,把铸(zhù)造(zào)所用的砂芯砂型直接打(dǎ)印成形, 已经(jīng)建设了3D打(dǎ)印智能工厂。
三、3D打印服务
说(shuō)起3D打印服务(wù),这里我们(men)将其(qí)拆分(fèn)成两类(lèi),一类是3D打印供(gòng)应链(liàn)企(qǐ)业,它们(men)为3D打(dǎ)印提供后处理(lǐ)等服务,为(wéi)3D打印生产提供相(xiàng)关软件(包括控制系统)及相关解决方(fāng)案;另一类则本身不生产3D打(dǎ)印所需的材料及打印机产(chǎn)品,而是提供解(jiě)决方(fāng)案设计、直(zhí)接的打印服务、以及(jí)交易平(píng)台。
(1)软件及(jí)系统解(jiě)决方案供应商
3D打印产线不仅需要3D打印硬件产品,同样(yàng)也需要(yào)软件(jiàn)系统的配合。多数3D打印设备厂商会自行研发或是二次开发(fā)相关的软(ruǎn)件系统。市面上仍有专业(yè)的厂商,提供相(xiàng)关方案。
如新三板上市公(gōng)司「金橙子」科技自主研发(fā)了3D打印控制系统,该公司的控制卡(kǎ)集振(zhèn)镜控制(zhì)、激光控制(zhì)、运动控制(zhì)、传感器反馈于一体,并同时(shí)高精密校正方(fāng)案、多机(jī)加(jiā)工方案、多(duō)种路径(jìng)规(guī)划方案;「 创必得科技」自主研发了赤(chì)兔系列主控系统(tǒng)和切片软件,最早实(shí)现了 3D 打印脱(tuō)机控制及多机器(qì)分(fèn)布式控制系统解决方案;「空灵智(zhì)能」推出的主(zhǔ)板品牌「魔印」,该产品搭载(zǎi)了实时监(jiān)控传输(shū)技术,和打环检测(cè)技术,使得传统 3D 打印机(jī)可以实现互联网打印同时拥有自我检测(cè)功能,客户可通(tōng)过手机 app 对(duì) 3D 打印机进行远程(chéng)操控。同样(yàng)的(de)3D 打印控制系统供应商,还有「谦辉信息」、「 晋原铭科技(jì)」。
(2)3D打印后处理
3D打(dǎ)印后处理是3D打印重要(yào)的(de)步骤(zhòu),直(zhí)接使用3D打(dǎ)印出来的物品只是一个半成品,有些表面会比较粗(cū)糙,需要(yào)打磨抛光,有(yǒu)些需要喷涂、上色(sè);金(jīn)属制(zhì)品(pǐn)需(xū)要退火、处(chù)气、固化。经(jīng)过后处理,3D打印产品才(cái)能最终送到客户手里(lǐ)。
今(jīn)年10月,英国3D打印(yìn)后处理初创公(gōng)司「Additive Manufacturing Technologies(AMT)」宣布完成(chéng)520万美元的A轮(lún)融资。去年,德国专注于SLS聚合物3D打印后处理创业公司「DyeMansion GmbH」获得了500万美元的A轮(lún)投资。
国内后处理厂商并不多,就在2019年10月(yuè),南极熊曝光了(le)一个专(zhuān)门做(zuò)尼龙/TPU等材料(liào)3D打印后处理的国(guó)产厂(chǎng)商(shāng)——「东莞德为(wéi)智(zhì)能(DYEWIN)」。他们自(zì)主研发的3D打印零件(jiàn)表(biǎo)面处理及3D打印零(líng)件染色等后处理(lǐ)系统,这一套(tào)清粉+表面精细处理+染色的系统价(jià)格仅为国外同类进口(kǒu)产品的20%。此外,还有(yǒu)「 苏州(zhōu)诺曼比(bǐ)尔材料」专注金属等材料(liào)的3D打印后处理。
(3)消费端3D打(dǎ)印(yìn)服(fú)务及3D打印平台
在消(xiāo)费端,有公司专注(zhù)于3D设计软件和设计服务。比如「中望龙腾软件」 就(jiù)开发了3D One 系列三维创意设计软件 ,主要面对(duì)教育领域。另外面对(duì)教育市场的提供设(shè)计软件(jiàn)及相(xiàng)应(yīng)解决方案(àn)的公司还有「 遨为数字技术 」、「乐伴科(kē)技」、「 张飞打(dǎ)印」。
也有提供产(chǎn)品设计及打(dǎ)印服(fú)务的公司,36氪此前(qián)曾介绍过聚焦“3D 打印+文创(chuàng)”的 「 上海极臻三(sān)维」, 此外聚焦3D技术消费领域(yù)的产品化的公司还有「云迹创意设计」、「 3dans 蛋生」、「 紫(zǐ)晶(jīng)立方科技(jì) 」
在3D打印平台方面, 36氪曾介绍(shào)过「云工厂(chǎng)」,“云工厂(chǎng)”的主要业务线包括(kuò)3D打印、手板加工和机械加(jiā)工,开发设计了专用于中小批(pī)量产品加工的标(biāo)准化流程,将传统制(zhì)造和互联网连(lián)接,可以实现(xiàn)线上下单、自动报价(jià)、实时跟(gēn)踪(zōng)生产进度和快速交付(fù)产品的制造(zào)。
新三板(bǎn)上市企(qǐ)业「先临三维」也有3D打印(yìn)服(fú)务的(de)子公(gōng)司「云打印」,云打印打造了“3D 打印+互联网+物联网(IOT)+人工智(zhì)能(AI)”的技术(shù)平台,打造 C2M 和线上线下(xià)相结合(hé)的 3D 打 印分布式(shì)服务模式。公司已在浙(zhè)江(jiāng)、江(jiāng)苏、南等(děng) 全国多(duō)个(gè)省份(fèn)的(de)地方政府或园区合作,建立了十几家线下 3D 打印服务中心。类似的(de)提(tí)供(gòng) 3D 打印(yìn)云(yún)平台的公司,还(hái)有(yǒu)「易(yì)速普瑞」、「南京 1001 号(hào)」、「创想智造 3D 打印网 」、「魔猴网」等。
此外(wài),还有(yǒu)相关的垂直媒体服务于行业内外的3D打(dǎ)印关注者。比如「南极熊3D打印网(wǎng)」,该平(píng)台报道全球最(zuì)新的3D打印资讯,定期输出3D打印的研究(jiū)报告,举办行业内交流会(huì)议(yì),也为3D打印(yìn)相关企业提供咨(zī)询(xún)服务。与它类似(sì),还有「3D打(dǎ)印(yìn)世界」、「3D科学谷」、「3D打(dǎ)印技术参考」等。
四(sì)、3D打印(yìn)的应用
3D打印的应用非常广(guǎng)泛,现今最热门的当属医疗3D打印。
医疗3D打印有着数十亿美元的想象空间。从微小的细胞组织,到大体积的(de)骨骼(gé),都(dōu)是(shì)3D打印未来的“战场”。
医疗3D打印,首先是(shì)用计算机(jī)建立三维模型,数据(jù)传(chuán)输至打印机(jī),由(yóu)打印机逐层打印(yìn)截面,最(zuì)后各截(jié)面粘合起来(lái)完成塑(sù)型。
我们可以从落地的难易程度,把医疗(liáo)3D打印(yìn)划(huá)分为(wéi)两部分:
骨科植入物(wù)、口腔修复、定制化(huà)假肢、手术(shù)导板(bǎn)、内植(zhí)入物,此类非生(shēng)物(wù)3D打印技术,技术更为成熟(shú),更加贴近临床,应用场景明确,是(shì)玩家们主要聚集的细分赛道(dào);细胞组织甚至器官组(zǔ)织的3D打印,还有(yǒu)漫(màn)长的技术研发(fā)之路,是医疗3D打印的进(jìn)阶阶(jiē)段,水面(miàn)上的国内玩家仅有五家(jiā)。(1)最(zuì)引(yǐn)人注目的板块莫过于骨科(kē)植入物
公开数据显(xiǎn)示,骨科(kē)植入物占整个植(zhí)入物(wù)市场(chǎng)规模的93%之多,预(yù)计2022年(nián)骨(gǔ)科植入物的市场规模高达290亿元(yuán)。目前国内企业已经(jīng)有(yǒu)一些产品获批上(shàng)市,也有(yǒu)与医院合作手术(shù)的成功案例。
国内主要集(jí)中(zhōng)在金属和(hé)高分子(zǐ)材(cái)料上,国际上,多数国外厂商采用的(de)是羟基磷灰石和聚乳酸(suān)复合材料,还有(yǒu)一些骨科辅助(zhù)器械则采(cǎi)用的是石膏或树脂(zhī)材料。
举几个例子,「爱康医疗」的3D ACT钛合(hé)金骨小梁髋臼杯在2015年获(huò)得了上市许可;「艾科赛龙」也聚(jù)焦3D打印(yìn)骨科(kē)耗材,它的特点是具备介入式手术(shù)的导(dǎo)航板方案,帮助扫除手术盲(máng)区;「 欧比雅(yǎ)」与广(guǎng)州医科大学附属第三医院合(hé)作(zuò),帮助一(yī)名有十年病史的踝(huái)关节(jiē)慢(màn)性骨(gǔ)髓炎患者(zhě)置换病灶骨骼。
通(tōng)常我们有一些维度去(qù)评价骨科(kē)植入物的技术水平:材质的抗磨损性能和生物相容性、孔隙(xì)率、摩擦系数、旋转活动(dòng)度(分散应力)、铰链机制(防脱易植入(rù))、承重方(fāng)式(损(sǔn)耗程度)、补(bǔ)块(kuài)垫块的(de)丰富性(骨缺损处(chù)理方案的丰富性)、手术及翻修策略等(děng)等。
(2)风口上(shàng)的隐形牙(yá)套,正是3D打印(yìn)的成果
3D打印的另一个细分赛道是数(shù)字(zì)化口腔修复,现在(zài)技术已(yǐ)经可以制(zhì)作种植(zhí)牙、义齿、正畸产品等等,还可以达成相关关节紊乱病(bìng)的治疗修(xiū)复。
隐形正畸(jī)正处(chù)于投资风(fēng)口,正畸量在近几年来有着(zhe)爆发式的增长,诊所的(de)毛利(lì)率通常在50%-75%。而隐形正畸所用的隐形(xíng)牙套(tào),正(zhèng)是3D打印的成果。
3D打印(yìn)可(kě)以带给用户个性化的(de)精准矫形,扫描仪(yí)掌握数字化(huà)地口腔(qiāng)状(zhuàng)况,建立(lì)个性化的口内(nèi)3D数字模型,从而生产(chǎn)出“量身(shēn)定制”的隐形牙套。根据平安证券口腔报告测算(suàn),2017年中国国正畸(jī)病例大约206万例,每例(lì)按12000元(yuán)计算(suàn),则中(zhōng)国正畸市场规模(mó)在 250亿(yì)左右。
对于义(yì)齿厂(chǎng)而言,3D打印机不仅(jǐn)能(néng)够实现人(rén)工替代,还能够提高(gāo)生产(chǎn)效率和品质。全国有4000多家义齿厂,随(suí)着产(chǎn)业的升级、进口替代的(de)加速,未来将(jiāng)有更多(duō)的3D打印机进入(rù)义齿厂(chǎng),未来五年市场规模有望超(chāo)10亿。
以往困扰(rǎo)口腔医生的是,初(chū)期设计的轮廓外(wài)形总是(shì)很(hěn)难与最终得到的修复体一致,而(ér)3D打印就很好地解决了这(zhè)个问题。3D打(dǎ)印的目标修复体导板,可以(yǐ)将修(xiū)复(fù)蓝图可(kě)视化地呈现(xiàn)出来,根据导板(bǎn)打印而成的修复体,可以(yǐ)做(zuò)到高精准(zhǔn)度,让“理想”和“现实”达(dá)成(chéng)一致(zhì)。
还有一(yī)些公司(sī)擅长三维(wéi)数据(jù)采集,为医院提(tí)供(gòng)手术前规划方案,用可(kě)视化的(de)图像模拟手(shǒu)术(shù),帮助(zhù)医生更(gèng)好地操(cāo)作(zuò)演练。这个赛道(dào)上,「浙江德尔达」的做法是,通过对病(bìng)患部位的三维重建,设计(jì)手术(shù)导板(bǎn),手术导板就像是一个(gè)“手术(shù)用(yòng)的地图(tú)”,让医生可以(yǐ)通过(guò)实体模型来(lái)规划(huá)手术;「即刻叁医疗」将(jiāng)3D技术应用在了血管外科、肝胆外、肿瘤(liú)、颌面外(wài)科。
数字(zì)化口(kǒu)腔赛(sài)道的(de)公司相对较多,包括(kuò)此(cǐ)前文章(zhāng)提及的「迅实科技(jì)」、「瑞通生物」、「UNIZ」、「 黑格智能」、「精(jīng)唯(wéi)信诚(chéng)」、「长朗智能」等。
(3)世(shì)界(jiè)首颗3D打印(yìn)心脏诞生
"医疗3D打印的进(jìn)阶阶段",就是(shì)细胞组(zǔ)织(zhī)甚至器官组织的3D打印。
今年4月15日,以(yǐ)色(sè)列特拉维夫大(dà)学研究人员(yuán)宣布成功(gōng)3D打印(yìn)出世界首颗“完整”心脏的(de)新闻轰动(dòng)全球。一夜之间,“3D打印器官(guān)”仿佛触(chù)手可(kě)及,器官移植供体(tǐ)紧缺似乎不再(zài)是(shì)问题。
然而冷静下(xià)来,我们会发(fā)现:这个“心脏”很(hěn)小,并非人类尺寸;血(xuè)管系统并(bìng)不(bú)完(wán)整,毛细血管(guǎn)未被打印出来(lái);此“心脏(zāng)”尚(shàng)不具(jù)备泵血功能。
尽管距真正可移植的(de)心脏(zāng)还有一段距离,但是(shì)这颗心脏的诞生(shēng),仍(réng)然引起了巨大(dà)的轰动。为什么呢?答(dá)案(àn)是,它(tā)与组织(zhī)工程构建(jiàn)技术有关(guān)。
经典组织工程构建首先需(xū)要两类材料(liào)——种子细(xì)胞和(hé)支架材料。支架材料顾名思义,起到的即“支撑”作用。它为(wéi)种子细胞提供(gòng)生长和发挥生物学功能的(de)场(chǎng)所,需要(yào)具有模仿(fǎng)天然组织的(de)构建性(xìng)能。种子细胞(bāo)则是(shì)在支架材料上联结(jié)、生长成所需组织、器官的单(dān)位。
怎样的支架材(cái)料无毒(dú)、无免疫原(yuán)性,具(jù)有良好的生物相容性、合适的生物降解性,同时适合细胞生长?怎样(yàng)获得多功能干细胞,并使其(qí)定向分化(huà)成所需的种子细胞?如何维持所获组织(zhī)、器官的(de)细(xì)胞活性?怎样令打印出的组织/器件功能化?这些都是摆在(zài)科学家和企业面(miàn)前的问题。
特拉维夫大学研究人员即(jí)是解决了部分(fèn)这(zhè)些问(wèn)题后,打印出了具(jù)有细胞(bāo)、血管、心室(shì)和(hé)心房的(de)“完(wán)整(zhěng)”心脏。这(zhè)同时(shí)意味着,结构更简单的耳朵、气管、血管等组织器(qì)官可以完全(quán)重现。无排异的组织(zhī)移植或许能先一步到(dào)来。
目(mù)前(qián),36氪收集的公开资料显(xiǎn)示,全球生物3D打印的市场规模在30亿元左右,全球领先(xiān)的生物3D打印公司包括美国的「Organovo」、日本(běn)的「Cyfuse Biomedical」、加拿大的「Aspect Biosesystems」等。而国内从事器官、血(xuè)管等(děng)组(zǔ)织工(gōng)程(chéng)3D打印(yìn)的企业,仅有数家,分(fèn)别为:「上普生物(wù)」、「迈普医学」、「捷(jié)诺(nuò)飞生物科技」、「尤(yóu)尼科(kē)技」、「蓝光英诺」等。
FDM和光(guāng)固(gù)化(huà)是目前较为主(zhǔ)流(liú)的打印(yìn)技术,上述”心(xīn)脏“即是FDM技(jì)术下打印出来(lái)的。光固化技术的优势在于成型容(róng)易,但是容易产(chǎn)生毒性问题。
细胞打印产业化(huà)的难点,除了技术,还有伦理道德乃(nǎi)至风险控制。社会对此类产品的接受程(chéng)度、生产过程中可能带来的病(bìng)毒等风险(xiǎn),也在一定程度(dù)上制约(yuē)了行业(yè)的发(fā)展。
据悉,现在企业提供的业务(wù)多(duō)为:生物3D打印机的定制(zhì)、售(shòu)卖;生物墨水等(děng)其他耗材的(de)定制、售卖;生物仿真模型的打印服(fú)务等。目前行业(yè)内可降解组织工程支(zhī)架的打印相对成熟,细胞、组(zǔ)织、器官(guān)的(de)3D打印处(chù)于科研应用阶段的居(jū)多。
短期上看,生物(wù)(细胞(bāo))3D打印比较现实的落地场景在(zài)于,打印(yìn)具有单一功能的类(lèi)组织来进(jìn)行体外药检、病毒理测试,乃至化妆品(pǐn)、保(bǎo)健品(pǐn)的(de)效果测试。往远了看,即最终应(yīng)是(shì)实现器(qì)官移植,造福人类。
随着技术的日(rì)益成熟(shú),3D打印产(chǎn)品的生产制作或(huò)许(xǔ)将不再是最大难(nán)题。行业玩家(jiā)们共(gòng)同(tóng)面临的问题,其实(shí)是政策(cè)审批的问题。
由于医(yī)疗3D打(dǎ)印产品可能(néng)会直接用于人体,且产品都是根据患者情况个性化定(dìng)制的,每(měi)位(wèi)患者(zhě)的情况都会(huì)有所不同,所(suǒ)以对它的审批是非常严格谨慎的,相关政策滞后于技术。
3D打印产品以往没(méi)有适用的取证规范,定制(zhì)化(huà)的产品导致取证成本很大(dà),用在每(měi)一个(gè)身体(tǐ)部位都(dōu)需要(yào)申(shēn)请一张医疗(liáo)器械(xiè)证(zhèng),取证(zhèng)成本极高。
最(zuì)新(xīn)的(de)动态是,今年7月国家出台了一(yī)项新政策,预(yù)计能为医疗3D打印带来强心剂。
这项新政(zhèng)是《定制式(shì)医疗器械监督管理(lǐ)规(guī)定(dìng)(试行(háng))》,规定了(le)定制式医疗(liáo)器械的备案管理、设计加(jiā)工、使用管理、监督管(guǎn)理的(de)规范,从明年(nián)1月(yuè)1日起施(shī)行。
纵观整个(gè)3D打印市场,其应用(yòng)范围非常(cháng)广泛,从医用至工业至消费,都可以(yǐ)看到3D打印的(de)身影。
医用(yòng)领(lǐng)域包括(kuò)医用(yòng)手术导板(bǎn)、医疗植入(rù)物、齿科模型及相关矫(jiǎo)正(zhèng)设备、金属牙冠(guàn)等物(wù)件的制造(zào);
工业方面,有工(gōng)业(yè)产品设(shè)计开发、复杂(zá)小(xiǎo)型金属精密零件、航空航天(tiān)复(fù)杂金属构件、飞机(jī)大(dà)型复杂金属构(gòu)件、航空航天领域用工程塑料零(líng)部件、汽车、家电(diàn)等领域(yù)零部件制造(zào)、铸造用蜡模制作(zuò)以及建(jiàn)筑建造;
在消费领域则包括,手办制作、珠宝设计与制(zhì)作、创意产品制作与生产(chǎn)、以及(jí)食品制作(zuò)等。
这篇文(wén)章,36氪只盘点了最热门的医疗3D打印。接(jiē)下来,36氪还将聚焦3D打印在(zài)其他行(háng)业的应用,进行分析和盘点。