解析“中国制造2025”下的3D打印

三、3D打印发展成熟度 

3D打印技术始于20多年前，但最近几年来才被公众所注意，这主要归功于其在最近几年的快速发展。根据美国高德纳（Gartner）公司发布的 “新兴技术炒作周期”报告，3D打印在2009年时还未被列入报告中。这项新兴技术在2010年才在报告中首次出现，并被认为需要5～10年才能成熟。但在2012年，这项技术就已经从技术萌芽期发展到期望膨胀期的顶点，与大数据一起成为2012年最受市场关注的新技术之一。

到了2014年，3D打印已经快速地渡过膨胀期，开始进入到实际应用阶段（见图4）。由于该技术的快速发展，高德纳公司在最新发布的炒作周期图中将企业级3D打印和消费级3D打印进行了区分和单独评价。企业级3D打印正在逐步走向成熟期，市场在迅速扩大，几乎已经步入实际产品生产阶段。相比之下，消费级3D打印仍处于炒作的高峰期，大约还需要5～10年才能进入主流商业领域。

3D生物打印系统仍然于萌芽期，但成熟期从2012年所需的10年以上缩短到5～10年之间。 对于3D打印细分领域来说，样品原型制造已经步入成熟期，可使企业能够减少在产品研发过程中设计、成 型和功能设计带来的风险。在2～5年内，3D扫描设备和3D打印软件的成熟速度将会更快，同时会有更大比例的企业采用3D打印。3D打印的医疗器械将带来巨大的好处，足以改变人们的生活，这将导致全球使用3D打印技术制作假肢和医疗植入物。

消费级3D打印则和企业级3D打印完全不同，它将是一个包含各种软件、硬件和材料的复杂系统，并不像2D纸打印机只需“点击打印”那么简单，因此需要更长的时间才能走向主流。同样，3D打印如果想成为主流的制造工艺，进入到工业制造领域中，也需要较长时间。面向大结构的大型3D打印与教学用3D打印要进入主流前景广阔，但是目前才刚刚开始，还需要10年以上的时间。 根据沃勒斯事务所（Wohlers Associates）公司发布的最新3D打印报告，2014年全球3D打印产值达到41亿美元，年增长率达到35%，增速达到了18年来的最高水平。

其中，产品（包括3D打印装备和材料）和服务（包括软件、制造和服务部分）的产值基本各占一半。从设备销量来看，2014年企业级3D打印机（>5000美元/台）销量超过1.2万台，增长率超过30%。市场主要由美国Stratasys公司、美国3D systems公司和德国Envisiontec公司占据，3家占有率将近80%。消费级3D打印机（<5000美元/台）销量超过14万台，增长率超过90%。

四、3D打印业态分析 

3D打印的产业链包括５个环节，分别为“软件、材料、装备、制造和应用”。软件开发：通过实物扫描、逆向分析和计算机软件设计，构建三维数据模型。材料研制和生产：开发金属、高分子、无机等3D打印专用材料，满足不同类型产品的性能要求。装备研制和生产：进行激光、电子束等高能离子束加工部件，以及整机的开发，满足不同生产工艺要求。生产制造：基于三维数据模型，通过材料层层叠加的方式生产产品，并通过后处理和产品检测，使产品性能及尺寸达标。应用推广：进行航空航天、生物医疗、创意产品等应用领域产品推广和使用（见图5）。

5个环节中所涉及的重要技术需求包括开发专用的3D打印材料，对应的生产工艺，以及相关的高端3D打印装备。在整个产业链条当中，还有另外3个非常重要的部分始终贯穿其中，分别为：数字链路、科技服务和可持续发展。不间断的数字数据链路将可实现产品从设计、加工制造、到最终装配、检测全流程的自动化、智能化，是“数字化制造”的核心。科技服务将为3D打印相关企业提供所需的配套服务，包括教育培训、咨询、售后、宣传等等，促进3D打印产业的发展。材料的回收、能源高效利用、从源头保护生 态环境等，将实现3D打印产品和系统全生命周期的绿色低碳、和谐协调、可持续发展。

虽然3D打印包括了５个环节，但产业的发展实际上是由装备环节主导的，这些装备制造厂商形成了3D打印产业的第１种主流企业类型。这是由于3D打印产品的好坏需要通过装备将原材料加工成产品之后，才能检查出来。因此，初期的3D打印企业都是 依靠装备起家的。但另一方面，3D打印产品的性能又很大程度上取决于材 料的选择和软件的优化。所以，这些装备厂商为了提高用户体验度，逐步将业务扩展到原材料制造环节，并进一步在不同程度上向软件、制造和应用环节拓展。

目前，大部分3D打印企业的主营业务都为装备制造。据不完全统计，这些企业占据了全球3D打印产业产值的半壁江山，2014年收入将近20亿美元。预计这一特征在短期之内不会有所改变，其他环节的3D打印企业很难脱颖而出，成为该行业的领军厂商。和3D打印产业相关的另外一种企业为传统制造业巨头。这些企业并非处于3D打印产业链之中，而是与之存在横向交叉。这些巨头对制造本身具有深入的理解，并占有全球制造业庞大的市场和资源。它们试图将3D打印这种先进制造技术融入到现有的制造工艺体系中，实现对传统产品的改进和升级。

显然，这是新兴的专业3D打印企业无法做到的，但对于3D打印产业未来的发展来说至关重要。换句话说，这些传统制造业巨头的介入程度将很大程度上影响3D打印在各应用领域的渗透程度，因此它们成为该领域的另外一种企业类型。 还有一种类型的企业随着互联网的发展兴起——3D打印云平台企业。这些平台一方面是3D打印产品的电商交易平台。客户通过“线上下单，线下制造”的方式实现产品的按需定制。另一方面，云平台还汇聚了世界各地的3D打印从业人员。3D打印设计师可以将自己的创意设计上传到云平台，并打印生产，最后售卖给喜欢这些创意产品的普通用户。这些3D打印云平台借助互联网汇集遍布全球的3D打印爱好者，构建起极为庞大的社区。 

网络众包、异地协同设计等新型商业模式在这里得到真实体现，推动3D打印从生产向服务转变。 最后一种类型的企业目前数量很少，在整个3D打印产业所占的份额也微乎其微，但却潜力巨大，这些企业的主业为3D生物打印。如果说3D打印属于制造技术当中的黑科技，那么3D生物打印则是3D打印技术当中的黑科技。