10月22日,在“直通乌镇”全球互联(lián)网(wǎng)大赛总决赛上,3D打印公司「LuxCreo清锋时(shí)代(dài)」获得(dé)了大赛冠军。同月,专攻数字化齿科3D打印机的(de)「迅实(shí)科技(jì)」,宣布完成过亿(yì)元人民币(bì)的B轮融(róng)资(zī)。
8月(yuè)8日,「LuxCreo清(qīng)锋时(shí)代」宣布完成(chéng)KPCB领投,北极光创投、顺为资本跟投的3000万美元B轮融资。 8月26日(rì),研发微纳米(mǐ)级3D打印设备及(jí)材料的「摩方材料」完成1亿(yì)人民(mín)币A+轮融(róng)资(zī)。
在过去的两个月里(lǐ),3D打印企业吸引(yǐn)了不少市场关(guān)注。此前(qián),36氪也(yě)曾经对2018年、2019年的两年来3D打印领(lǐng)域的投(tóu)融资情况以及目前3D打印整个产业状况进行了(le)分析(xī)。(详情请看(kàn):发明30年后,3D打印现状如何(hé)?)
继续3D打印的话题,国内3D打印领(lǐng)域主(zhǔ)要有(yǒu)哪些玩家组(zǔ)成?相信(xìn)读完这篇文章(zhāng),你一定能得出答案。
3D打印是什么(me)?
3D打印是增材制造的另一种说法(fǎ),它是以数字模型为基础(chǔ),将(jiāng)材料逐层堆积制造出实体物品(pǐn)的新兴制造技术(shù)。增材制造(zào)可节约制造材料和加(jiā)工时(shí)间,制作形态万千的物(wù)品,实现制造的个性化(huà)和定制化。增材制造实现了(le)制造方式从等材(cái)、减材到增材的(de)转变,改变了传统制(zhì)造的工(gōng)艺流(liú)程、生产线、工厂模式、产业链组合,被认为是制造领域极具(jù)代表的(de)颠覆性技术(shù)。
为(wéi)抢占增材制(zhì)造技术及产业发展(zhǎn)先机,多个国家和地(dì)区将(jiāng)其列为重点(diǎn)发展方向,制(zhì)定(dìng)了相关规划及扶持政策。
按3D打印产业链,可以根(gēn)据上(shàng)中下游分为3D打印(yìn)材料、3D打(dǎ)印(yìn)设备、3D打(dǎ)印服务、以及3D打印应用(yòng)。而按照3D打印原材料(liào)的则可(kě)以分(fèn)为(wéi)金属3D打印和非金属(shǔ)3D打印两大类;按照应用上的区别又可以(yǐ)分为(wéi)工业级(jí)3D打印、特种打印(yìn)等。
在这(zhè)份行业图谱里,我们将整个3D打印行业拆分成金属(shǔ)3D打印(yìn)和非金属3D打印两大类,并以相关的打印技术(shù)和应用范围为细分项为大(dà)家(jiā)盘点整个市场的企业(yè)格局。
一、金(jīn)属3D打(dǎ)印
1、金属3D打印(yìn)材(cái)料
与普通材料不同的是,3D打印材料需要应用(yòng)特有的技(jì)术(shù)进行制(zhì)备,来(lái)满足3D打印产品(pǐn)及3D打(dǎ)印设备对(duì)材料的特殊要求(qiú)。根(gēn)据(jù)所使用的(de)3D打印技术(shù)的不同、制造的零(líng)件用途(tú)不同(tóng),所需要(yào)的材料也不相同。
金属3D打印(yìn)材料主(zhǔ)要是金属粉末,主要材(cái)质包括钴基(jī)合金(jīn)、不锈(xiù)钢、工具(jù)钢、模具钢、镍基合金、钛及钛合金,以(yǐ)及各(gè)系铝(lǚ)合金等。
据(jù)有关数据分析(xī)报告(gào)显示,未来市(shì)场3D复合(hé)打印材料的规模将(jiāng)不断增加,金属(shǔ)材料的应用也会逐(zhú)年上升,预计2022年复合材(cái)料有望达到1.11亿美元,3D打(dǎ)印金属材料的市(shì)场规模达到8亿美(měi)元,金属材料的研发生产将有更广阔的市(shì)场空间(jiān)。
在金属3D打印(yìn)材料领域,有(yǒu)公司仅针对特定领域提供专业材料。如「中航(háng)迈特」,主营业务业务就是航空航(háng)天金属 3D 打印粉末材料研发和生(shēng)产,年产能将达至少1000吨;以及「融天航空(kōng)器材」代理来自美国、欧洲的(de)航空用(yòng)3D打印金属粉末。
更多的厂商是(shì)生产通用性的(de)金属粉末产品。如(rú)「纳(nà)联材料」生产适用于SLM、EBM、DED 等技术的基合(hé)金(jīn)、不锈钢、工(gōng)具钢、模具钢、镍基合(hé)金、钛及钛合金金属(shǔ)粉末材料;同类(lèi)公司还有「宇光飞利(lì)金(jīn)属材料」、「金源智能(néng)技术」、「微纳(nà)增材技术」、「康普锡威科(kē)技」、「英纳(nà)特纳米科技」、「优材科技」、「中体新材料」、「上海(hǎi)状迈」等。
此外,还有部分兼备打印设备和材料的公司,将在下文进行讨论。
2、金属(shǔ)3D打印装(zhuāng)备
现(xiàn)在(zài)主流(liú)的金属3D打(dǎ)印技术有:激(jī)光(guāng)选区熔化(SLM)、激光近净成型(LENS)和电子束选(xuǎn)区熔化(EBSM)技术、直接能量沉积(DED)技(jì)术以及电(diàn)子束熔丝沉积(EBDM)。
来源(yuán):国家(jiā)增材制造产业(yè)(3D)发展推进计划(2015-2016年(nián))
(1)激光选(xuǎn)区(qū)熔化(SLM)
SLM是目前金属(shǔ)3D打印成型中最普遍的技术,其工作原理为:计算机(jī)将物体的三维(wéi)数据(jù)转化为一(yī)层层截面 2D数据并传输给打印机(jī),打印过(guò)程(chéng)中,在基板上用刮刀铺(pù)上设定层厚(hòu)的金属粉末,聚焦的激光在(zài)扫描振镜的控制下(xià)按(àn)照(zhào)事先规划好的路(lù)径与工(gōng)艺(yì)参数进行(háng)扫(sǎo)描,金属(shǔ)粉末在高能量激光的照射下其发生熔(róng)化,快速凝固(gù),形成(chéng)冶金结合层。当一层打印任务(wù)结束后, 基(jī)板下降一(yī)个切片层厚(hòu)高度,刮刀继续进行(háng)粉(fěn)末(mò)铺平,激光扫描加工,重复这样的过程直至整个零(líng)件打印结束。(引用自铂力特招股书)
该技术的优势在于可(kě)以广(guǎng)泛应用于复杂形状的金属零(líng)件的批量生产,而且大多(duō)数金属粉末都适用于这种技术,包括钛合(hé)金、铝合金(jīn)、高温合(hé)金、铜合(hé)金、钴(gǔ)铬合金(jīn)、 不锈钢、高强钢、模具钢等(děng),得(dé)到的零件致(zhì)密度(dù)几近100%。
3D打(dǎ)印领域唯一(yī)的科创板公司「铂力特(tè)」的自研设备就以(yǐ)SLM 3D打印机为主,其招股说明书显示其SLM设(shè)备成形机时累(lèi)计(jì)突(tū)破(pò)50万小时。在打印材料方面,铂力特在(zài)开发(fā)了(le)数种传统(tǒng)钛合金(jīn)、 铝合金等材料基础(chǔ)上,成功研发增材(cái)制造专用新型钛(tài)合金粉(fěn)末TiAM1、铝合金粉末(mò)AlAM1。
以(yǐ)及(jí)主要面向航天、航空、航海、核电(diàn)等高(gāo)端制造领(lǐng)域金属3D打印服务的「鑫精(jīng)合」同样也(yě)是主要利用SLM技术进行(háng)服务。此外,该公司(sī)还掌握激光(guāng)沉积制造(LDM)的工艺技术,目(mù)前拥(yōng)有(yǒu)50 台自主研发的系列化(huà)金(jīn)属选区熔化设,11台(tái)超大型(xíng)号自主研发的(de)金属沉(chén)积制造设(shè)备,在职(zhí)人(rén)员(yuán) 600余人。
另外(wài),在(zài)金属(SLM)3D打印领域,还有如「广东(dōng)汉邦科技」、「永年激光」、「易加三维」、「易博三维」、「西帝摩」等(děng)。
(2)其他金属3D打印技术
LENS(Laser Engineered Net Shaping)是一种(zhǒng)基于(yú)同步送粉的激光(guāng)熔覆沉积技术,激光束在(zài)控制(zhì)下,按照预先设定的路径,进行移动(dòng);同时(shí),粉末(mò)喷嘴将金属粉末直接输送到激光光斑下,使之由点到线(xiàn)、由(yóu)线到(dào)面的顺序凝固,从而完(wán)成一个(gè)层截面(miàn)的打(dǎ)印(yìn)工(gōng)作,这样(yàng)层层叠加,制造出近净形(xíng)的零部件(jiàn)实体。使用该(gāi)技术的打印机通常会与相(xiàng)应的CNC铣削单元混(hún)合使用(yòng)。
美国(guó)的「Optomec」上世纪九十年(nián)代末开(kāi)始集中于LENS技术的商业开发,可以做到以五个运动轴移动装置逐渐建立3D金属(shǔ)物体,今(jīn)年3月推出了(le)两款新的独立(lì)系统LENS CS 600和(hé)CS 800。国内比较典(diǎn)型的公司是「大连海博瑞思科技(jì)」,该(gāi)公司融合了LENS技术,研发(fā)了五(wǔ)轴混合(hé)加工制造技术,生产(chǎn)了相(xiàng)关(guān)设备并提供相对(duì)应的解(jiě)决(jué)方案。
电子束选区熔化(huà)(EBSM/EBM)是通过在真(zhēn)空(kōng)环境下使用电子束扫描、熔(róng)化粉末材(cái)料,逐层沉积制造3D金属(shǔ)零件的工(gōng)艺,相对于SLM技术(shù)加(jiā)工效率(lǜ)更高,成本也更低,但(dàn)技术(shù)难度相对(duì)更高。
最早将该技术商业化的是瑞典(diǎn)的「Arcam AB」公司,国内则有「智束科技」,该(gāi)公司核心技术与团队(duì)均来源于清华大(dà)学,开发了具有自主知识产权的EBSM金属(shǔ)3D打(dǎ)印装备,该(gāi)技术(shù)可广泛应用于航空航天高性能(néng)复(fù)杂零部件(jiàn)和医疗植入体(tǐ)制造(zào)等领域。
二、非金属(shǔ)3D打印
1、非金(jīn)属3D打印材料
目前(qián)能够用于3D打印的材料已有1000多种,绝(jué)大(dà)部分都(dōu)是非(fēi)金属材料。非金属3D打(dǎ)印主要使用的(de)是(shì)高(gāo)分子材料(liào),包括合成高分子材料,如聚乳酸(suān)(PLA)、聚乙二醇(PEG)、聚(jù)对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚(jù)-羟基戊(wù)酸酯(PHBV)、聚(jù)丁二酸-丁二(èr)醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)以及光敏树脂(zhī)等(děng);热塑性高分(fèn)子材(cái)料,如PC、ABS-M30i、尼龙、PEEK等;天(tiān)然高分子材(cái)料(liào),如藻(zǎo)酸盐、胶(jiāo)原、纤维蛋白原、明胶(jiāo)、细胞外基质、琼脂糖、葡聚糖、葡萄糖、蔗(zhè)糖(táng)、壳聚糖等。
加工方(fāng)会根据不同的3D打印技术特性及应(yīng)用产品需(xū)求,选择(zé)不同(tóng)性能(néng)的材料。市(shì)场上,也有许多专门研发生(shēng)产3d打印材料的(de)公司。
如「eSUN 易生」,它是深圳光华伟业股份有限(xiàn)公(gōng)司2007年进入3D打印材料制造领域时创(chuàng)立的品牌。截止到 2019年4月,「eSUN 易生」已经(jīng)上市了超40种(zhǒng)FDM材料、以及适(shì)用于光固化3D打印的光敏树脂(zhī)系列。还开发了iSUN3D医疗(liáo)鞋垫3D打(dǎ)印系(xì)统系统,目前,公司产品(pǐn)拥有 REACH、RoHS、CE、ISO 等全系列认证,全球(qiú)代理商累计超50个,产品销往了100多个国(guó)家及地区(qū)。
目前,FDM(Fused Deposition Modeling,熔积成型法)是(shì)市面(miàn)上成本最低(dī),应用也最广(guǎng)的3D打印技(jì)术,FDM工艺使用丝状材料,可选择多种(zhǒng)材料进行(háng)加工,包(bāo)括聚碳酸(suān)酯(zhǐ)、工程(chéng)塑料以及二(èr)者的混合材料等(děng)。因而,也有(yǒu)公(gōng)司专(zhuān)门针对FDM公司研发材料(liào)。
如36氪(kè)采访(fǎng)到的「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)都有较高的知名(míng)度的公司,在中(zhōng)国、美国与荷兰均设立分公司(sī),90%以上的产品销往美国、德(dé)国(guó)、日(rì)本等海外市场。同(tóng)时,该公司也可以(yǐ)根据客户需求研发(fā)有针(zhēn)对性的材(cái)料,比(bǐ)如为航空公司研制飞机上使用的阻(zǔ)燃材料(liào)。
另外,同样以FDM线材为主的材料厂商还(hái)有「广(guǎng)州优塑」、「Elements 3D」、「青岛宏(hóng)飞达」、 「深圳市众景(jǐng)优(yōu)品」、 「瑞贝思三维」、「辰岳科技」、「北京斯科瑞化(huà)工」等。
除了(le)FDM工艺,DLP和SLA技术也是非金属3D打印中的两种重要工艺(具体(tǐ)技术阐述将在后文展(zhǎn)开),它(tā)们使用的耗材则是(shì)光敏树脂。这类(lèi)材料的制造工艺难度以及成本(běn)都(dōu)相对较高,高质量液态光敏树脂(zhī)仍然依赖进口也需(xū)要从国外进口。
在光敏树脂材料研(yán)发生产(chǎn)领域,有「广州双力」这类既生(shēng)产_塑(sù)料丝和光敏树脂的(de)公司,也(yě)有专注光敏树(shù)脂材(cái)料的公司,如(rú)「力(lì)邦新材料」、「正邦科技」、「雅霖特种材料」等。另外,也会有(yǒu)3D打印设备和(hé)服务的公司会(huì)涉(shè)及到(dào)该(gāi)材料的研(yán)发,如36氪曾(céng)报道(dào)的「塑(sù)成(chéng)科技」、「清(qīng)锋时代」、「UNIZ」。
除了这些主流材料,也还(hái)有公(gōng)司把目光投向了(le)特种材(cái)料,如「飞(fēi)亚新材料」开发(fā)了(le)聚芳醚醚腈(PEEN)特种高分子材料、「随身科技(jì)」研发了石墨烯尼(ní)龙复合材(cái)料、「晗宇科(kē)技(jì)」开发了高精密度(dù)3D打(dǎ)印石蜡耗材(cái)。
2、非金属3D打印设备
现在主流的非金属3D打印技术有:熔积成型法(FDM)、立体光固化成型技(jì)术(shù)(SLA)、数(shù)字(zì)光投影技术(DLP)、非金(jīn)属(shǔ)激光粉末烧结(SLS)。
(1)熔(róng)积成型法(FDM)
熔融沉积(jī)成型法(FDM,Fused Deposition Modeling),这(zhè)种(zhǒng)工艺(yì)是通过将丝状材料如热塑(sù)性(xìng)塑料、蜡或(huò)金属(shǔ)的熔丝(sī)从加(jiā)热(rè)的喷嘴挤出,按照零件每一层的(de)预定(dìng)轨迹,以固定的速率进行(háng)熔体沉积。主要(yào)用途是(shì)塑料(liào)件、铸造用蜡模、样件或模(mó)型制造(zào)。但相对于其他几种(zhǒng)工艺,加工(gōng)精度低、时间(jiān)较(jiào)长。
FDM不用激光,使(shǐ)用(yòng)、维(wéi)护简(jiǎn)单,成本低,可以满足消(xiāo)费级客(kè)户的DIY要求,也(yě)能(néng)满足企业(yè)低价(jià)零件制造以及模型制(zhì)造的要求。
36氪曾报(bào)道过的(de)「创想三(sān)维」就是一(yī)家桌面级3D打印机厂(chǎng)商,主(zhǔ)要提供用(yòng)于家庭(tíng)场景的FDM桌(zhuō)面级3D打印机硬件产(chǎn)品和(hé)耗材,年出货量50万(wàn)台,全年营收的 90% 以上来自(zì)于海外市场。除此(cǐ)之外(wài),公司创想三维也研(yán)发了大型3D打印设备(bèi)以及桌面级光固化打印机,在工业级打印同样也所有涉及。同样针对消费级桌面(miàn)3D打印的(de)公(gōng)司,36氪(kè)还曾报(bào)道过「Snapmaker」。
除了消(xiāo)费级桌(zhuō)面打印机,更多的公司瞄(miáo)准的是FDM工业级3D打印市(shì)场。比如「弘瑞3D打印」、「复(fù)志Raise 3D」、「PMAX巨影」、「海芯(xīn)科技」等(děng)。
(2)立(lì)体光(guāng)固(gù)化成型(xíng)(SLA)和数字光处(chù)理(lǐ)(DLP)
立体光固化成型(SLA),是使(shǐ)用激(jī)光束在液态树脂表面勾画出物体的第一层(céng)形(xíng)状,然后(hòu)制作平台下降(jiàng)一定的距离(0.05-0.025mm之间),再让固化层浸入液态(tài)树脂中,如此反复。使用的树脂是光敏树(shù)脂(zhī),激光束照射(shè)后会形成固态。
在SLA 3D打印领域,「联泰科(kē)技」拥有较高的知名度,据其官网介绍联泰科技目(mù)前拥有国内(nèi)立(lì)体光固化(SLA)3D 打印技术最大份额的工业领域客户(hù)群,国(guó)内市场占(zhàn)有率超过 60%。产(chǎn)品已被广泛应用于手板 模(mó)具、鞋业(yè)、口腔医疗、文化创(chuàng)意、汽车、电子以及教育科(kē)研等多个(gè)应(yīng)用(yòng)及行业(yè)领域(yù)。
另外,「中瑞科技(jì)」也在光固化3D打印机(jī)方面有所积累(lèi),尽(jìn)管该公(gōng)司(sī)SLA光固化(huà)、SLM选区激光熔化、SLS尼龙粉末烧结和FMS铸(zhù)造砂模和(hé)AMC陶瓷都有打印设(shè)备,还提供相配套(tào)的3D打印材料和3D打印软件,但光固(gù)化3D打印机的种类最多。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(dǎ)印的公司,还包(bāo)括「东莞鸿泰」、「深圳金石」、「嘉兴善维」、「佛山吗卡(kǎ)」。
数字光处理(DLP),使用的耗材(cái)和SLA一(yī)样(yàng),都是(shì)光固化(huà)树脂。DLP与SLA最大的(de)不同在于,DLP用(yòng)的是投影仪的数字(zì)光源,SLA用的是激光头。正因为如此(cǐ),DLP一扫就是一片,SLA成(chéng)形只能靠一个激光点。比较(jiào)典(diǎn)型(xíng)的企业有「迅(xùn)实科技(jì)」,该公(gōng)司拥有针对珠宝设计、齿科等多种行业应用的(de)多款打(dǎ)印(yìn)机(jī)。以及「黑格智造(zào)」,该(gāi)公司以(yǐ)“DLP+”在智能化、打印精度、成型(xíng)速度、稳定性、成型幅面上,相较于传统DLP有了较(jiào)大的提升,让使用(yòng)该技术的设备(bèi)更加适合大规模(mó)的终(zhōng)端产品,包括牙齿(chǐ)矫正套、消(xiāo)费类电(diàn)子产品等的生产。
光固化技术(shù)相较(jiào)于FDM来说,最主要(yào)的(de)优势就是精度更高(gāo),速度更快。
目前3D打(dǎ)印企业仍然(rán)面对成本(běn)较高,盈利较难的(de)困境。很大一(yī)部分原因就在于,打(dǎ)印速度难以跟上,效(xiào)率较低(dī)。于是兼顾精(jīng)度,提升速度的打印方案开始越来越被关注,有企业对传统(tǒng)对光固化技术进行革(gé)新已达到(dào)更快速度的目(mù)的。
10月(yuè)中旬(xún),美国西北大学在《Science》上发表了的新(xīn)一代高速、大尺寸(cùn)、光固化(huà)的3D打印技术HARP (high-area rapid printing)技术的技术论文。科学(xué)家们也以(yǐ)此创办了(le)Azul 3D公(gōng)司。
据南极熊(xióng)3D打印报道,HARP技术采用垂直(zhí)打印,用紫(zǐ)外线(xiàn)将液(yè)态树脂固化为硬化的塑料。此过(guò)程(chéng)可以打印出坚硬、有弹(dàn)性甚至陶瓷。与其他3D打印技术常见的叠层结(jié)构(gòu)相反,这些连(lián)续打印的零(líng)件机械性能很(hěn)好,可以用作汽(qì)车、飞机(jī)、牙(yá)科、矫形器、时(shí)尚等等的(de)零件。在打(dǎ)印过(guò)程中(zhōng),HARP采用液体聚四氟乙烯在接口上(shàng)流动得以除去热量,然后(hòu)通过冷却单元(yuán)进行循环。
Azul3D称(chēng)自己的HARP技术,已经突破了Carbon3D的CLIP技术打印速(sù)度(dù)的最高(gāo)纪录(lù),Carbon3D是目前全(quán)球3D打印(yìn)公司中估(gū)值最高的企业之一。它的CLIP技术是(shì)利用一(yī)层透氧膜,隔离光敏树脂液体(tǐ)和空气中的氧(yǎng)气,实现高(gāo)速、连(lián)续的3D打(dǎ)印成型(xíng)。
2019年6月,Carbon获得了(le)E轮的投(tóu)资,融资规模(mó)高达2.6亿美元(约18亿元(yuán)人民币),而估值(zhí)则(zé)达到了24亿美元(yuán)(165亿元(yuán)人民币)。截止2019年10月,Carbon3D已经推出了最新一(yī)代的高速量产3D打(dǎ)印机L1,目标(biāo)就是(shì)大批(pī)量生(shēng)产应用的。
在(zài)国内,也有(yǒu)企业(yè)在速度上下功夫。如36氪曾经报道过的「UNIZ」以 LCD-SLA 光固化技术为核(hé)心,加上其特有的Uni-Directional Peel(UDP,单向剥离)技术,使得其打(dǎ)印机的精(jīng)度和速(sù)度都能保持较高水平,号称3D打(dǎ)印(yìn)速度可达1200mm/h以上(shàng)。
还(hái)有此前提(tí)到的「清(qīng)锋时代」则研发(fā)了类似于(yú)光(guāng)固(gù)化的LEAP技术(shù),据称可将3D打印速度提升百倍。该技术(shù)搭配公司研(yán)发的可量产高性能弹(dàn)性材料EM-11,将用于清锋时代3D打印鞋底(dǐ)的批(pī)量生产。
同(tóng)样要用(yòng)3D打印技术量产鞋底的,还(hái)有「塑成科技」,该公司(sī)采用的是精度更高(gāo),速度(dù)更快的光固化(huà)打印技(jì)术,是传统速度的(de)60-90倍。
(3)其(qí)他非(fēi)金属3D打印技术
SLS,在(zài)行业内(nèi)叫做粉末(mò)烧(shāo)结(jié),其可用材料包(bāo)括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼(ní)龙等多种粉末材(cái)料。
在(zài)尼龙3D打印中,「华(huá)曙(shǔ)高(gāo)科」是头部(bù)企业,现有员(yuán)工超过280人,其中(zhōng)研(yán)发人员超过(guò) 40%,公司共申请专利超过(guò)百项,获得专利授权近百(bǎi)项,同时研发(fā)金(jīn)属3D打印设备(bèi)及尼龙等高分子3D打印材料。此外(wài),该公司(sī)在金(jīn)属3D打印(yìn)领域也有所涉及。
3DP工艺与SLS工艺类似(sì),采用粉末材料(liào)成形(xíng),如陶(táo)瓷粉末,金属粉末。不同的是材(cái)料粉末(mò)不(bú)是通过烧结(jié)连接(jiē)起来(lái)的(de),而是通过喷(pēn)头(tóu)用粘(zhān)接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。如「宁夏共享集团」就采用 3DP 工艺“逐层叠加、增材制造”,把铸造所用的砂(shā)芯砂型(xíng)直接打印成形, 已经建设了3D打印智能工厂。
三、3D打印服务
说起3D打印服务(wù),这里我(wǒ)们将其拆(chāi)分成两类,一类是3D打印供应链企业(yè),它们为3D打(dǎ)印提供后处理(lǐ)等(děng)服务,为3D打印生产提供相关(guān)软件(包(bāo)括(kuò)控制系统)及(jí)相关解(jiě)决方(fāng)案(àn);另一类则本身不生产3D打(dǎ)印所需的材料及打印(yìn)机(jī)产品,而是(shì)提供解决方案(àn)设(shè)计、直接的(de)打印服务(wù)、以及交(jiāo)易平台。
(1)软(ruǎn)件(jiàn)及系统解决方案供应商
3D打印产线(xiàn)不仅需要(yào)3D打印硬(yìng)件产品(pǐn),同样(yàng)也需要软件系统的配合。多数3D打印设(shè)备厂商(shāng)会自行研(yán)发或是二次(cì)开发相关的软(ruǎn)件系统。市面上仍有专(zhuān)业的厂商,提供相关方案(àn)。
如新三板上(shàng)市公司「金橙子」科技(jì)自主研发了3D打(dǎ)印控制系统,该公(gōng)司的控制卡集振镜控制、激光控制、运(yùn)动控(kòng)制、传感器反馈(kuì)于一体(tǐ),并同时高精密(mì)校(xiào)正方案、多机加工方案、多种路径规划方案;「 创(chuàng)必得科技」自主研发了赤兔系列主控系(xì)统和(hé)切片软件(jiàn),最早实(shí)现了 3D 打印脱机控制(zhì)及多机(jī)器分布(bù)式(shì)控(kòng)制系(xì)统解决方案;「空灵(líng)智能」推出的主板品牌「魔印(yìn)」,该产品搭(dā)载了实(shí)时监(jiān)控传输技术,和打环检测技术,使得传统 3D 打印(yìn)机可以实现互联网打印同时拥有(yǒu)自(zì)我检测功能,客户可通过手机 app 对 3D 打印机进(jìn)行远程操控(kòng)。同(tóng)样的3D 打(dǎ)印控制系统(tǒng)供应(yīng)商,还(hái)有「谦(qiān)辉信(xìn)息」、「 晋原铭科技」。
(2)3D打印后处理
3D打印后(hòu)处理是3D打(dǎ)印重要的步(bù)骤(zhòu),直接使用3D打印出来的(de)物品只是一(yī)个(gè)半成品(pǐn),有些表(biǎo)面会比较粗糙,需要打磨抛光,有些(xiē)需要喷涂、上色;金属制(zhì)品需(xū)要退(tuì)火(huǒ)、处气、固化。经过后处理,3D打印产品才能最终(zhōng)送到(dào)客户(hù)手里。
今年10月,英(yīng)国3D打印后处理(lǐ)初创公司「Additive Manufacturing Technologies(AMT)」宣布完成520万美元的A轮(lún)融资(zī)。去(qù)年,德国专(zhuān)注于SLS聚合物(wù)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(nèi)后(hòu)处理厂商(shāng)并(bìng)不多,就(jiù)在2019年(nián)10月,南极熊(xióng)曝光了(le)一个专门(mén)做(zuò)尼龙/TPU等(děng)材料3D打印后处理的国(guó)产厂商——「东莞德为智(zhì)能(DYEWIN)」。他(tā)们自主研(yán)发(fā)的3D打印零件表面处理及3D打印(yìn)零件染色等(děng)后处理系统(tǒng),这一套清粉+表面精(jīng)细(xì)处理(lǐ)+染色的系统价格仅为国外同类进口产品的20%。此外,还有「 苏州诺曼比(bǐ)尔材料」专注金(jīn)属等材料的3D打印后处(chù)理。
(3)消费端3D打印服务及3D打印平台
在(zài)消费端,有公司专注于3D设计软件和设计服务(wù)。比如「中望龙(lóng)腾软件」 就开发了3D One 系列三维创意设计软(ruǎn)件 ,主要面(miàn)对教育领域(yù)。另外面对教育市场的提供设计(jì)软件及(jí)相应(yīng)解决方案的(de)公司还有「 遨为数字技术 」、「乐伴科技」、「 张飞打印(yìn)」。
也有提供产品设(shè)计(jì)及打印服务的公司,36氪此(cǐ)前曾介绍过聚焦“3D 打印+文创”的 「 上(shàng)海极臻三维」, 此外聚(jù)焦3D技术消费领域的(de)产品(pǐn)化(huà)的(de)公司还有「云迹创(chuàng)意设计(jì)」、「 3dans 蛋(dàn)生」、「 紫(zǐ)晶立方(fāng)科技 」
在3D打印(yìn)平台方(fāng)面, 36氪曾介绍过「云工(gōng)厂(chǎng)」,“云工厂(chǎng)”的主要业务线包(bāo)括3D打(dǎ)印、手板(bǎn)加工和机(jī)械加工,开(kāi)发设(shè)计(jì)了专用(yòng)于中(zhōng)小批量产品加工的标准化流程,将传统制(zhì)造和互联网连(lián)接,可以实现线上下单、自(zì)动报价、实时跟踪生产进(jìn)度和快速交付产(chǎn)品的(de)制造(zào)。
新三板上市企业(yè)「先临三维」也(yě)有3D打印服务(wù)的子公司「云打印」,云打(dǎ)印(yìn)打造(zào)了“3D 打(dǎ)印+互联网+物联网(IOT)+人工智能(AI)”的技术平台,打造 C2M 和线上(shàng)线下相结合的 3D 打 印分布式服务模(mó)式。公司已在浙(zhè)江(jiāng)、江(jiāng)苏、南(nán)等 全国多个省份的地方政府或园区合作,建(jiàn)立(lì)了十几家线下 3D 打印服(fú)务中心。类似的提供 3D 打印云平(píng)台的公(gōng)司,还有「易速普瑞(ruì)」、「南京 1001 号」、「创(chuàng)想智造 3D 打印网 」、「魔猴网(wǎng)」等。
此外,还(hái)有相关的垂直媒体服务(wù)于行(háng)业内外的3D打印关注者。比如「南(nán)极(jí)熊3D打印网」,该平(píng)台报道全球最新(xīn)的3D打印资(zī)讯,定期输(shū)出3D打印的(de)研究报告,举办行业内交流会(huì)议(yì),也为3D打印相关企业提供咨询服务。与它类似,还有「3D打印世界」、「3D科学谷」、「3D打印(yìn)技术参考」等。
四、3D打印的应用(yòng)
3D打印的应用非(fēi)常广泛,现今最热门的当(dāng)属医(yī)疗(liáo)3D打印。
医疗(liáo)3D打印有着(zhe)数十亿美元(yuán)的想象空间。从微小的(de)细胞组(zǔ)织,到(dào)大体(tǐ)积的骨骼,都是3D打印未来(lái)的“战场”。
医疗(liáo)3D打印,首先是用计算机建立三维模型,数(shù)据传(chuán)输(shū)至打(dǎ)印机,由(yóu)打印机逐层打印截(jié)面,最后(hòu)各截面粘(zhān)合起来完成塑型。
我(wǒ)们可以从落地的难(nán)易程度,把(bǎ)医疗3D打印划分为两部分(fèn):
骨科植(zhí)入物、口腔修(xiū)复、定制化假肢、手术导板(bǎn)、内植入物,此类(lèi)非生物3D打(dǎ)印技(jì)术,技术(shù)更为成熟,更加贴(tiē)近临床,应用场景(jǐng)明确(què),是玩家们(men)主(zhǔ)要聚(jù)集的细分赛道;细胞(bāo)组织甚至器(qì)官组织的3D打(dǎ)印,还(hái)有漫长的技(jì)术研发之路,是医疗(liáo)3D打印的进阶阶段,水面上(shàng)的国内玩家仅有五家。(1)最引人(rén)注目的(de)板块莫(mò)过于骨科植入物
公开数(shù)据显示,骨科植(zhí)入物占整个(gè)植(zhí)入物市(shì)场规模的(de)93%之多(duō),预计(jì)2022年骨科植(zhí)入物的市场规(guī)模高达(dá)290亿元。目前国内企业已经有(yǒu)一些产(chǎn)品获批上市(shì),也有与医(yī)院(yuàn)合作手术的成功案例。
国内主要集中在金属和高分(fèn)子材料上,国际上,多数国外厂商采用的是羟基磷灰石和聚乳酸复合材料(liào),还有一(yī)些骨科辅助器械(xiè)则采用的是石膏或树脂材料。
举几个例子,「爱康医疗(liáo)」的3D ACT钛合金骨小梁髋臼(jiù)杯(bēi)在2015年获得了上市许可;「艾科赛龙」也聚焦3D打(dǎ)印骨科耗材,它的特点是具(jù)备介入式手术的(de)导航板方案,帮助扫(sǎo)除手(shǒu)术盲区;「 欧比雅」与广州医科大学附属第三医院合作,帮助一名有十年病史(shǐ)的踝关节慢性骨髓炎(yán)患(huàn)者置换病灶骨骼。
通常我(wǒ)们有一些维度去评(píng)价骨科植入(rù)物的(de)技(jì)术水平:材质的抗磨损(sǔn)性能和生物相容性、孔隙率、摩(mó)擦系数、旋转(zhuǎn)活动度(分散应(yīng)力)、铰链机制(防脱易植入)、承重方式(损耗程度(dù))、补块垫块的丰富性(骨缺损处理(lǐ)方案的丰富(fù)性)、手术及翻修策略等等。
(2)风口上的隐形(xíng)牙(yá)套(tào),正是3D打(dǎ)印的成果
3D打印的另一个细分赛道是数字(zì)化口(kǒu)腔(qiāng)修复,现在技(jì)术已经可以制作种植(zhí)牙、义齿、正畸产品等等,还可以达(dá)成相关关节紊乱(luàn)病的治疗修复。
隐形正畸正处于投资风口,正畸(jī)量在近(jìn)几年(nián)来有着(zhe)爆发式的(de)增长(zhǎng),诊所(suǒ)的毛利率通常(cháng)在50%-75%。而(ér)隐形正(zhèng)畸(jī)所用的隐形牙套(tào),正是3D打(dǎ)印的成果。
3D打印(yìn)可(kě)以带给用户个(gè)性(xìng)化的精(jīng)准矫形,扫描仪掌握数字化地口腔状况,建立个性化的口(kǒu)内3D数(shù)字(zì)模型,从而生产出(chū)“量身(shēn)定制”的隐形牙套。根据平(píng)安证(zhèng)券(quàn)口腔(qiāng)报告测(cè)算,2017年中国国正畸病(bìng)例大(dà)约(yuē)206万例,每(měi)例按(àn)12000元计(jì)算,则中国正畸市场(chǎng)规模在 250亿左右。
对于义齿(chǐ)厂而(ér)言,3D打印机(jī)不(bú)仅能够实现人工替代,还能够提高生产效率(lǜ)和品质。全国有4000多家义齿厂,随着(zhe)产业的升级、进(jìn)口替代的加速,未来将有更(gèng)多的3D打印机进入义齿厂(chǎng),未(wèi)来五年市场规模(mó)有望超10亿。
以往困扰口腔医(yī)生的是,初期设计的(de)轮廓(kuò)外形(xíng)总是(shì)很难(nán)与最终得到的修复体一致,而3D打印就很好地解(jiě)决了这个问题。3D打印的目(mù)标修复(fù)体导板,可以将修复蓝图可视化地呈(chéng)现(xiàn)出来,根(gēn)据导板打印而成的修复体,可以做(zuò)到高精准度,让“理想”和(hé)“现(xiàn)实”达成一(yī)致。
还有一(yī)些公司擅长三维(wéi)数据采集,为医(yī)院提供手术前规划方案,用可视化的图像(xiàng)模(mó)拟手术(shù),帮助医生更好(hǎo)地操作演练(liàn)。这个赛道(dào)上,「浙江德(dé)尔达」的(de)做法是(shì),通过对病患部位的三维重建,设计手术(shù)导板,手术导板就像是(shì)一个“手(shǒu)术用的地图”,让医生(shēng)可以通过实体模(mó)型来规(guī)划手术;「即刻(kè)叁医疗」将3D技术应用在了血管外科、肝胆(dǎn)外、肿瘤、颌面外科。
数(shù)字化口腔赛道的公(gōng)司相对较(jiào)多,包括(kuò)此前文(wén)章提及的「迅(xùn)实科技」、「瑞通生物」、「UNIZ」、「 黑(hēi)格智能」、「精唯信诚」、「长朗智能(néng)」等(děng)。
(3)世界首颗3D打印心脏诞生
"医疗3D打(dǎ)印的进阶阶段",就是细(xì)胞组织甚至器官组织的(de)3D打印。
今年4月15日,以色列特拉(lā)维(wéi)夫大学研究人员宣布(bù)成(chéng)功3D打印出世(shì)界首颗“完整”心脏的新闻轰动全球。一夜之间,“3D打印器官(guān)”仿佛触手可(kě)及,器官移植供体紧缺似乎不再是问题。
然而冷静下来,我们会发现:这个“心脏”很小,并非人类尺寸;血(xuè)管(guǎn)系统并不(bú)完整,毛细血管未被打印出(chū)来;此“心脏”尚不具(jù)备泵血功能。
尽管距真正可移植的心脏还有(yǒu)一(yī)段距离,但是(shì)这颗心脏的诞生,仍然引起了巨大(dà)的轰动(dòng)。为(wéi)什么(me)呢?答案是,它与组(zǔ)织工(gōng)程(chéng)构建技术有(yǒu)关。
经典组织工(gōng)程构(gòu)建首先需(xū)要两类材(cái)料——种子细(xì)胞和支(zhī)架材料。支架材料(liào)顾名思(sī)义,起到(dào)的即“支撑(chēng)”作用。它为种子(zǐ)细胞提供生(shēng)长和发挥生物学功能的场(chǎng)所,需要具有模仿天(tiān)然组织的构建性能。种子细胞则是在支架材料上联结、生长成所需组织、器官的单(dān)位。
怎样的支架材(cái)料无(wú)毒、无免疫(yì)原性,具有(yǒu)良好的生物相容性、合适的生物降解性,同时适(shì)合(hé)细(xì)胞生(shēng)长?怎样获得多功能干细(xì)胞,并使(shǐ)其定(dìng)向分化成(chéng)所需的种子细胞?如何维持所获组织、器官(guān)的细胞活性?怎样令打印出的(de)组织/器件功能(néng)化?这(zhè)些都是摆在科学家和企(qǐ)业面(miàn)前的问题。
特拉维夫大(dà)学研究人(rén)员即是解决了部分这些问(wèn)题后,打印出(chū)了具有细(xì)胞、血管、心室(shì)和心(xīn)房的“完整”心脏。这同时意味(wèi)着,结构更简单的(de)耳朵、气管、血管等组织器官可以完全重(chóng)现(xiàn)。无排(pái)异的组织(zhī)移植或许能先(xiān)一步到来。
目前(qián),36氪(kè)收集的公开资料(liào)显示(shì),全球(qiú)生物(wù)3D打印(yìn)的市场规模在30亿元(yuán)左右,全球领先的生物3D打(dǎ)印公司包括美国的「Organovo」、日本的「Cyfuse Biomedical」、加拿大(dà)的(de)「Aspect Biosesystems」等。而国内(nèi)从事器官、血管等组织工程3D打印的企业,仅有数家(jiā),分别为:「上普(pǔ)生物」、「迈普医学」、「捷诺飞生物科技」、「尤尼科技(jì)」、「蓝光英诺」等。
FDM和光固化是目前(qián)较为主流的(de)打印技术,上述(shù)”心脏(zāng)“即(jí)是FDM技(jì)术下(xià)打(dǎ)印出来的。光固化技术的优(yōu)势在(zài)于成型容易,但(dàn)是容易产(chǎn)生毒性问题。
细胞(bāo)打印产(chǎn)业化的难点,除了技术,还(hái)有伦(lún)理(lǐ)道德乃(nǎi)至风(fēng)险控制。社会对此类产品的接受(shòu)程度(dù)、生(shēng)产过程中可能带来的病毒等风险(xiǎn),也在一定程度上制约了行业的发展(zhǎn)。
据悉,现在(zài)企业提供的业务多为:生(shēng)物3D打印(yìn)机的定(dìng)制、售卖(mài);生物墨水等其他耗材的(de)定制、售(shòu)卖;生(shēng)物仿真(zhēn)模(mó)型的打印服务等(děng)。目前(qián)行业内可(kě)降解组(zǔ)织工程支(zhī)架的打印相对成(chéng)熟,细胞、组织、器官(guān)的3D打印处(chù)于科研(yán)应用阶段的居多。
短(duǎn)期上看(kàn),生物(细胞)3D打印比较现实的落地场景在于,打(dǎ)印具有单一(yī)功能(néng)的类组织来进行体外药检、病毒(dú)理(lǐ)测试,乃至(zhì)化妆品、保健品(pǐn)的效果(guǒ)测试。往远了看,即最终应是实现器官移植,造福人类(lèi)。
随着技术的日益成熟,3D打印产品的(de)生产制作或(huò)许将不(bú)再(zài)是(shì)最(zuì)大(dà)难题。行业玩家们共同面(miàn)临的问题,其实(shí)是(shì)政策审批的问题。
由于(yú)医疗3D打印产品可能会直(zhí)接用于人体,且产品都是根据患(huàn)者情况个(gè)性(xìng)化定制(zhì)的,每位患(huàn)者的情(qíng)况(kuàng)都会有(yǒu)所(suǒ)不同,所以对它(tā)的审批是非(fēi)常(cháng)严格谨慎的,相关政(zhèng)策滞后于技术。
3D打印(yìn)产品以往没有(yǒu)适用的取(qǔ)证规范,定制化的产品导致取证成本(běn)很大,用在每一个(gè)身体部位(wèi)都需要申请一张(zhāng)医(yī)疗器(qì)械证,取(qǔ)证成本(běn)极高。
最新(xīn)的动态是,今年7月国家出台(tái)了一项新政策,预计能为(wéi)医疗3D打印带来(lái)强心剂。
这项新政是《定制式医疗器械监(jiān)督管(guǎn)理规定(试行)》,规定了(le)定制式医疗器械的备案管理、设计加工、使用管理(lǐ)、监(jiān)督管理的规范,从明年1月1日起施行。
纵观整个(gè)3D打印市场,其应(yīng)用(yòng)范围非常广泛,从医用至工业至(zhì)消费(fèi),都可(kě)以看到3D打印的身影。
医用领域(yù)包括医(yī)用手术导板(bǎn)、医疗植入物、齿科模型(xíng)及(jí)相关矫正设(shè)备、金属牙冠等物件的(de)制造;
工业方面,有工业(yè)产(chǎn)品设计(jì)开发(fā)、复杂小型金(jīn)属精密零件、航空航(háng)天复杂金属构件、飞(fēi)机大型复杂金属构件、航空航天(tiān)领域(yù)用工程塑料零部件、汽车、家电等领(lǐng)域零部(bù)件制造、铸造用蜡模制作(zuò)以(yǐ)及(jí)建(jiàn)筑建造;
在消(xiāo)费领(lǐng)域(yù)则包括(kuò),手办制作(zuò)、珠宝设计与制作、创(chuàng)意产(chǎn)品制作与生产、以及食品制(zhì)作(zuò)等。
这篇(piān)文(wén)章,36氪只盘点(diǎn)了最热门的医疗(liáo)3D打印。接(jiē)下来,36氪还将聚焦3D打(dǎ)印在其他行业的(de)应用,进行(háng)分析和盘点。