10月22日,在“直(zhí)通乌镇”全球(qiú)互联(lián)网(wǎng)大赛总决赛上,3D打印公司(sī)「LuxCreo清锋(fēng)时代(dài)」获得了大赛(sài)冠军。同月,专攻数字化齿科3D打印机的「迅实科技(jì)」,宣布完成过亿元人民币的B轮融资。
8月8日,「LuxCreo清锋时代」宣布(bù)完成KPCB领投,北极(jí)光(guāng)创投、顺(shùn)为资本跟投的(de)3000万美元B轮融资。 8月26日,研发微纳米级3D打印设备及材料的「摩方(fāng)材料」完(wán)成1亿人民(mín)币A+轮(lún)融资。
在(zài)过去(qù)的两(liǎng)个(gè)月里,3D打印(yìn)企业吸引了不少市场关注。此前,36氪也曾经(jīng)对(duì)2018年、2019年的两年来(lái)3D打印领(lǐng)域(yù)的投融资(zī)情况(kuàng)以及目前3D打印整个产(chǎn)业状况进行了分析。(详情请看:发明30年(nián)后,3D打印现状如何?)
继续3D打(dǎ)印的话题,国内3D打印领(lǐng)域主要有(yǒu)哪些玩家(jiā)组(zǔ)成?相信读(dú)完这篇文(wén)章,你一定能得出答案。
3D打(dǎ)印是什(shí)么?
3D打印是增材制(zhì)造的(de)另一种说法,它是以数(shù)字模(mó)型为基础,将材料逐层堆(duī)积(jī)制造(zào)出(chū)实体物品的新兴制造技(jì)术(shù)。增材制造可(kě)节约(yuē)制造材料和加工时间,制(zhì)作形态(tài)万千(qiān)的物品,实现(xiàn)制造的个(gè)性化和定制化(huà)。增材制造实现了制造方式从等材(cái)、减材到增材的转变,改变了传统(tǒng)制造的工艺流程、生(shēng)产线、工厂模式、产业链组合,被认(rèn)为是制造领域极具代表的颠(diān)覆性技(jì)术。
为抢占增材制造技(jì)术(shù)及产业(yè)发展先机,多个国家和地区(qū)将其(qí)列为重点发展(zhǎn)方向,制定了相关规划及扶持政策(cè)。
按3D打印产业(yè)链(liàn),可以根据上(shàng)中下游分为3D打印材料、3D打印设备、3D打印服务、以及(jí)3D打印应用。而按照3D打印原材(cái)料的则可以(yǐ)分为金属3D打印和非金属3D打印两大类;按(àn)照应用上的(de)区(qū)别又可以分为工业级3D打印、特种打印等。
在这份行业图谱里,我(wǒ)们将整(zhěng)个3D打印(yìn)行业拆(chāi)分成金属3D打(dǎ)印和非金属3D打(dǎ)印两大类(lèi),并以相关的打印技术和应(yīng)用范(fàn)围为细分项为大家盘(pán)点整个市场的企(qǐ)业(yè)格局。
一、金属3D打印(yìn)
1、金属3D打印材(cái)料
与普通材料不(bú)同的是,3D打印材(cái)料需要应用(yòng)特有的技术进(jìn)行制(zhì)备,来(lái)满足3D打(dǎ)印产(chǎn)品及3D打印设备对(duì)材(cái)料的特(tè)殊要求(qiú)。根据所使用的3D打印技术(shù)的不同、制造的零件用途不同(tóng),所需要的材料也不(bú)相同(tóng)。
金属3D打印材料主(zhǔ)要(yào)是(shì)金属(shǔ)粉末,主要(yào)材质包括钴基合金、不锈钢、工具钢(gāng)、模具钢、镍基(jī)合金、钛及钛(tài)合金,以(yǐ)及各系铝合(hé)金等。
据(jù)有关数据分析报告显(xiǎn)示,未来市场(chǎng)3D复合打(dǎ)印材料的规模将不(bú)断增加,金(jīn)属材料的(de)应用也会逐年上升,预计2022年复合材料有望达到1.11亿美(měi)元,3D打印金属材料的市场规(guī)模达到(dào)8亿美(měi)元,金属(shǔ)材料的研发(fā)生产将有更广阔的(de)市场空(kōng)间。
在(zài)金(jīn)属3D打印材料领域,有(yǒu)公司仅针(zhēn)对特定领域(yù)提供专业材料。如「中航(háng)迈特」,主营(yíng)业务业务就是航空航天金(jīn)属 3D 打印粉末材(cái)料(liào)研(yán)发和生(shēng)产,年(nián)产能将达至少1000吨;以(yǐ)及「融天航空器材」代理来(lái)自美(měi)国、欧洲的航空用3D打印金属(shǔ)粉(fěn)末。
更多的厂商是生产通用性(xìng)的金属粉末产品。如「纳联材料」生(shēng)产(chǎn)适(shì)用于(yú)SLM、EBM、DED 等技术的基合金、不锈钢、工具钢、模具钢、镍基(jī)合金、钛及钛合金金属粉末材料;同(tóng)类公(gōng)司还有「宇光飞利(lì)金属材料」、「金源智(zhì)能技术」、「微纳增材技术」、「康普锡威科技」、「英纳特纳米科技(jì)」、「优材科技(jì)」、「中体新材料」、「上海状(zhuàng)迈」等。
此外(wài),还有部(bù)分兼备打印设(shè)备和材(cái)料的公(gōng)司,将在下文进行讨(tǎo)论。
2、金属3D打印装备
现在(zài)主(zhǔ)流的金属3D打印技术有:激光选区熔化(huà)(SLM)、激光近(jìn)净成(chéng)型(LENS)和电子束(shù)选区熔化(EBSM)技术、直接能量(liàng)沉积(DED)技术以及(jí)电子束(shù)熔丝沉(chén)积(EBDM)。
来源:国家增材制造产业(3D)发展推进计划(2015-2016年)
(1)激(jī)光(guāng)选区熔化(SLM)
SLM是目前金属3D打(dǎ)印(yìn)成型(xíng)中(zhōng)最普(pǔ)遍的技(jì)术,其工作原理为:计算机将物体的(de)三维数据转化(huà)为一层层(céng)截(jié)面 2D数据并(bìng)传输给打印机,打印(yìn)过程中,在基板(bǎn)上用刮刀(dāo)铺上设定层厚的金属粉末,聚焦的激光在扫(sǎo)描振镜的控(kòng)制下按照事先(xiān)规划好的路径与工艺参数进行扫描,金属粉末在高能量激光的照射下其(qí)发生(shēng)熔化,快(kuài)速凝固(gù),形成冶金结(jié)合层。当一层(céng)打印任务结(jié)束后(hòu), 基板下降一(yī)个切片层厚高度,刮刀继续进行粉末(mò)铺(pù)平,激(jī)光扫描(miáo)加工,重复这样的过程直至整(zhěng)个零件打印(yìn)结束(shù)。(引(yǐn)用自铂力(lì)特招股书)
该技术的(de)优势(shì)在于可以广(guǎng)泛应用(yòng)于复杂形状的金属(shǔ)零件的(de)批量生产(chǎn),而(ér)且大多数金属粉末都适用于这种技术,包括钛合(hé)金、铝合金、高温合金(jīn)、铜(tóng)合金、钴铬合(hé)金、 不(bú)锈钢、高强(qiáng)钢、模具钢等,得到的零件致密度几近100%。
3D打印(yìn)领(lǐng)域(yù)唯一的科创板公司「铂力特」的自研(yán)设备就(jiù)以(yǐ)SLM 3D打印机为(wéi)主,其招股说明书显示其SLM设备成形机(jī)时累计(jì)突破50万小时。在(zài)打印(yìn)材料方面,铂力特在开发了数(shù)种传统钛(tài)合金、 铝合(hé)金(jīn)等材料基础上,成功研发增(zēng)材制造专用新型钛合金(jīn)粉末TiAM1、铝合金粉(fěn)末AlAM1。
以及(jí)主要(yào)面向航天、航空、航海、核电等高(gāo)端制造领域金属3D打印服务(wù)的(de)「鑫精合(hé)」同样也是(shì)主要利用SLM技术进行服务。此外,该公司还掌握激光沉积制造(LDM)的工艺技(jì)术,目前拥有(yǒu)50 台自主(zhǔ)研发的系列化金属选区熔化(huà)设,11台超大(dà)型号自主(zhǔ)研(yán)发的金属沉积制(zhì)造(zào)设备(bèi),在职人员 600余人。
另外,在金属(SLM)3D打(dǎ)印领域,还有如「广东(dōng)汉邦科技」、「永年激光」、「易(yì)加三(sān)维」、「易博三维」、「西帝摩」等。
(2)其他金属3D打印技(jì)术(shù)
LENS(Laser Engineered Net Shaping)是一种基于同步送粉的激光熔(róng)覆沉积技(jì)术,激光束在控制下,按照(zhào)预先设定的(de)路径,进行移动;同时,粉末(mò)喷(pēn)嘴将金属粉末直接(jiē)输送到激光(guāng)光斑下,使之由点到(dào)线、由(yóu)线到面(miàn)的顺序凝固,从而完成(chéng)一个层截面的打印工作,这样层层叠加,制(zhì)造出近净形的零部(bù)件实体(tǐ)。使用(yòng)该技术的打印机通常会与相(xiàng)应的CNC铣削单(dān)元(yuán)混合使用。
美国(guó)的(de)「Optomec」上世纪九十(shí)年代末(mò)开始集中于LENS技术的商业开发,可以做到以五个运(yùn)动轴移动装置逐(zhú)渐建立3D金属物体(tǐ),今年3月(yuè)推出(chū)了两款新的独立系统LENS CS 600和CS 800。国内比较典型的公司是「大连海博瑞思科(kē)技」,该公司融合了LENS技术,研(yán)发(fā)了五轴混(hún)合加工制造技术,生(shēng)产了相关设备并提供相对应的解(jiě)决方案(àn)。
电子束选(xuǎn)区(qū)熔化(huà)(EBSM/EBM)是通过在真空环境下使用(yòng)电子束扫(sǎo)描、熔化粉(fěn)末材(cái)料,逐层沉积制造3D金属零件的工艺,相对于SLM技术(shù)加工效率更高(gāo),成本也更低,但技术(shù)难度(dù)相对更高。
最早将该(gāi)技术(shù)商(shāng)业化的是瑞典的「Arcam AB」公司,国内则(zé)有「智束科技」,该公司(sī)核心技(jì)术(shù)与团队(duì)均来源于清华(huá)大学,开发了具(jù)有自主知识产(chǎn)权的EBSM金属3D打(dǎ)印(yìn)装备,该(gāi)技术可广泛(fàn)应(yīng)用于航空航(háng)天高性能复杂零(líng)部件和(hé)医疗(liáo)植入体制造等领(lǐng)域。
二、非金属3D打(dǎ)印
1、非金(jīn)属3D打印(yìn)材料
目前能够(gòu)用(yòng)于3D打印的(de)材(cái)料已有1000多种,绝大部分(fèn)都(dōu)是(shì)非金属材料。非金属3D打(dǎ)印主要(yào)使用的是高分子材料,包括合成高分子材(cái)料(liào),如(rú)聚(jù)乳酸(PLA)、聚乙(yǐ)二醇(PEG)、聚对苯二甲(jiǎ)酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羟基(jī)戊酸(suān)酯(PHBV)、聚丁(dīng)二酸-丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)以(yǐ)及光(guāng)敏树(shù)脂等;热塑性高分子材料,如(rú)PC、ABS-M30i、尼龙、PEEK等;天(tiān)然高分子材料(liào),如(rú)藻酸盐(yán)、胶原、纤维(wéi)蛋白(bái)原(yuán)、明胶、细胞外基质(zhì)、琼脂糖、葡聚糖、葡萄糖(táng)、蔗糖、壳聚糖等(děng)。
加工方会根据不同的3D打印技术特性及应用(yòng)产品需求(qiú),选择不同性(xìng)能的(de)材料。市场上,也有许多专门研发生产3d打(dǎ)印材料的公司。
如「eSUN 易生(shēng)」,它是深圳光华伟业(yè)股份有限公(gōng)司2007年进入3D打印材料(liào)制造领域(yù)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、以及(jí)适用于光固化3D打印的光敏树脂系列。还(hái)开发了iSUN3D医疗鞋垫3D打印系统(tǒng)系统,目前,公司(sī)产品(pǐn)拥有 REACH、RoHS、CE、ISO 等全系列认证,全球(qiú)代理商累计(jì)超50个(gè),产品销往了100多个(gè)国家及地(dì)区。
目前,FDM(Fused Deposition Modeling,熔积成型法)是市面上成本最低,应用也最广的3D打印技术(shù),FDM工艺使用丝状(zhuàng)材料,可选择多种材料(liào)进行加(jiā)工,包括(kuò)聚碳酸(suān)酯、工程塑(sù)料以及二者的混合材(cái)料等。因而,也有公司专门针(zhēn)对FDM公司研发材料(liào)。
如36氪采访到的(de)「Polymaker」,这(zhè)是(shì)一家成立于2012年,在工(gōng)程(chéng)塑料(liào)的3D打印(yìn)材料在全世界范围都有较(jiào)高的知(zhī)名度的公(gōng)司(sī),在中国、美国与荷兰(lán)均设立分公司,90%以上的产品销往美国(guó)、德国、日本等海外市场。同时,该公(gōng)司也可以根据客户需求研发有针对性的(de)材料,比如为航(háng)空(kōng)公司研制(zhì)飞机上使(shǐ)用的阻燃材料。
另外(wài),同样以FDM线材为主的材(cái)料厂商还有「广州优(yōu)塑(sù)」、「Elements 3D」、「青岛宏飞(fēi)达」、 「深圳市众景优品」、 「瑞(ruì)贝思(sī)三维」、「辰岳科技」、「北(běi)京斯科(kē)瑞化工(gōng)」等。
除了FDM工(gōng)艺,DLP和SLA技术(shù)也是非金属3D打(dǎ)印中的(de)两种重要工艺(具体(tǐ)技(jì)术阐述将在(zài)后文展开(kāi)),它们使用的耗材则是光敏树脂。这类材料的制造工艺难度以及成本都相对较高(gāo),高质(zhì)量液态光敏树脂仍然(rán)依赖(lài)进口(kǒu)也需要从国外进口(kǒu)。
在光敏树脂材料研发生产领(lǐng)域,有「广州(zhōu)双力(lì)」这类既生产_塑料丝和光敏树脂的公(gōng)司,也有专(zhuān)注光敏树脂(zhī)材(cái)料的(de)公司,如「力(lì)邦新(xīn)材料」、「正(zhèng)邦科技」、「雅霖特种材料」等。另外,也会(huì)有(yǒu)3D打印设(shè)备和服务的公司会涉及到(dào)该材(cái)料的研发,如(rú)36氪曾报道的(de)「塑(sù)成科技」、「清锋时代」、「UNIZ」。
除了这些主流(liú)材料,也还有公司把目光投向了特种材料,如「飞亚(yà)新材料」开发了聚芳(fāng)醚醚腈(PEEN)特种(zhǒng)高分子材(cái)料、「随身科(kē)技」研(yán)发了石(shí)墨烯尼龙复合材(cái)料、「晗宇科技」开发了(le)高精密(mì)度3D打印石蜡耗(hào)材。
2、非金属3D打印设备
现(xiàn)在(zài)主流的非金属3D打印(yìn)技术有(yǒu):熔积成型法(fǎ)(FDM)、立体光固化成(chéng)型技术(SLA)、数字光投影技(jì)术(DLP)、非金属(shǔ)激光粉末烧结(SLS)。
(1)熔积成型法(fǎ)(FDM)
熔融沉积成(chéng)型法(fǎ)(FDM,Fused Deposition Modeling),这种工艺(yì)是通过将丝状材料如热(rè)塑(sù)性塑料、蜡或金属的熔(róng)丝从(cóng)加(jiā)热的喷嘴(zuǐ)挤出,按(àn)照零件每(měi)一层的预定轨(guǐ)迹,以固定的速率进行熔(róng)体沉积(jī)。主要用途(tú)是塑料件(jiàn)、铸造用蜡(là)模(mó)、样件或模型制造。但相对(duì)于其他几(jǐ)种工(gōng)艺,加工精度低、时(shí)间较长。
FDM不用激光,使用、维护简单,成本(běn)低,可以满足消费级客(kè)户(hù)的DIY要求,也(yě)能满(mǎn)足企(qǐ)业低(dī)价(jià)零(líng)件制造以及模型制造的要求。
36氪曾报道过的「创想三维(wéi)」就(jiù)是一家桌面级(jí)3D打印(yìn)机厂商,主要提供用(yòng)于家庭场景的FDM桌面级3D打印机硬件产品(pǐn)和耗材,年出货量50万台,全年(nián)营收的 90% 以上来自于海外市场。除此之外,公司创想三维(wéi)也(yě)研发(fā)了大(dà)型3D打印设备以及桌面级(jí)光固(gù)化打印机,在工业级打印同样也所有涉及。同样针对消费级(jí)桌面3D打印的公司,36氪还曾报道过(guò)「Snapmaker」。
除了消费(fèi)级桌面打印(yìn)机,更多的公(gōng)司瞄准的是FDM工(gōng)业(yè)级3D打印市场。比如「弘瑞3D打(dǎ)印(yìn)」、「复志Raise 3D」、「PMAX巨影(yǐng)」、「海芯科技」等。
(2)立体光固化成型(SLA)和数字光处理(DLP)
立体光固(gù)化成型(SLA),是使用激光束在液态(tài)树脂(zhī)表面勾画出(chū)物体(tǐ)的第一层形状,然后制作平台下降一定的距离(lí)(0.05-0.025mm之间(jiān)),再让固化层浸入(rù)液态树脂中(zhōng),如此反复。使用的树(shù)脂(zhī)是光敏树脂,激光束照(zhào)射后会形成固(gù)态。
在SLA 3D打(dǎ)印领域,「联(lián)泰科技」拥有较(jiào)高的知(zhī)名度(dù),据(jù)其官网介绍(shào)联(lián)泰科技目前(qián)拥有国内立体光(guāng)固(gù)化(SLA)3D 打印技术最大份(fèn)额(é)的工业(yè)领域客户群,国内市场占有(yǒu)率超过 60%。产(chǎn)品已(yǐ)被广泛(fàn)应(yīng)用于(yú)手板 模具、鞋业、口腔医(yī)疗、文化创意、汽车、电子以及教(jiāo)育科研等多个应用及(jí)行业领(lǐng)域(yù)。
另外,「中瑞科技」也在光固化3D打印(yìn)机方面有所积累,尽管该公司SLA光固化、SLM选区激光熔化(huà)、SLS尼龙粉末烧结和FMS铸造砂(shā)模和AMC陶瓷(cí)都有打印设备,还提供相配套的3D打印材料和3D打印软件,但光固化3D打印机的种类最多。同时,公司也有(yǒu)涉及SLM金属打印机。其他集中(zhōng)在SLA光固化(huà)3D打印的(de)公司,还包括(kuò)「东莞鸿泰」、「深圳金石(shí)」、「嘉兴善(shàn)维」、「佛山吗卡」。
数字光处理(DLP),使用的耗材和SLA一(yī)样,都是(shì)光固化树脂。DLP与SLA最大的不同在于(yú),DLP用的是投影仪的数字光源(yuán),SLA用的(de)是激(jī)光头。正因为如此(cǐ),DLP一(yī)扫就是(shì)一片(piàn),SLA成形只(zhī)能(néng)靠一个激光点。比较典型的企业有「迅(xùn)实科(kē)技」,该公司拥(yōng)有针对珠宝(bǎo)设计、齿科等多种(zhǒng)行业应(yīng)用的(de)多款打印机。以及「黑格智(zhì)造」,该公司以“DLP+”在智(zhì)能化、打印(yìn)精度(dù)、成型速(sù)度(dù)、稳定性、成型(xíng)幅面(miàn)上(shàng),相(xiàng)较于(yú)传统(tǒng)DLP有(yǒu)了较大(dà)的提升,让使用该技术的设备(bèi)更加适合大(dà)规模的终端产(chǎn)品,包括牙(yá)齿矫正套、消费类电子产品等的生产。
光(guāng)固化技(jì)术相较于FDM来说,最(zuì)主要的优势就(jiù)是精度更高,速度更快。
目(mù)前(qián)3D打印企业仍然面对成本较高,盈利较(jiào)难(nán)的困境。很大一部分原(yuán)因就(jiù)在于,打(dǎ)印速度(dù)难以跟上,效率较低。于是兼顾(gù)精(jīng)度(dù),提升速度的打印(yìn)方(fāng)案开始越来(lái)越被关(guān)注,有企业对传统对(duì)光(guāng)固化技术进行(háng)革新已(yǐ)达到更快速度的目的。
10月中旬(xún),美国西北大学在《Science》上发表了的新(xīn)一(yī)代高(gāo)速(sù)、大尺寸、光固化(huà)的3D打(dǎ)印技(jì)术(shù)HARP (high-area rapid printing)技术的(de)技术(shù)论文。科学家们也以此(cǐ)创办了Azul 3D公司。
据南极熊3D打(dǎ)印报道,HARP技术(shù)采用垂直打印,用紫外线(xiàn)将液(yè)态树脂固(gù)化为硬化的塑料。此(cǐ)过(guò)程可以打印出坚(jiān)硬、有(yǒu)弹性甚至陶(táo)瓷。与(yǔ)其他3D打印(yìn)技术常见的(de)叠层结构相反(fǎn),这些连(lián)续打(dǎ)印的零件(jiàn)机械性能很好,可以用作汽车、飞机、牙科、矫形器、时(shí)尚等等的零件。在打印过程中(zhōng),HARP采用液体聚四氟乙烯在接口上流动得以除去热量,然后通过(guò)冷却单(dān)元进行循(xún)环。
Azul3D称自己的HARP技术,已经突破了Carbon3D的CLIP技术打印速度的最(zuì)高纪(jì)录,Carbon3D是(shì)目前全球3D打印公司中估值(zhí)最高的企(qǐ)业之一。它的(de)CLIP技(jì)术是(shì)利用一层(céng)透氧膜,隔离光敏树(shù)脂液体和空气中的氧(yǎng)气,实现高速、连续的3D打印(yìn)成型。
2019年6月,Carbon获得了E轮的投资,融(róng)资规模高达2.6亿(yì)美元(约18亿元人民币),而估值则达到(dào)了24亿美(měi)元(165亿元人(rén)民币(bì))。截止2019年10月,Carbon3D已经推出(chū)了最新一代的高速量(liàng)产3D打印机L1,目标就是大批量生产应(yīng)用的。
在国内,也有企业在速度上下功夫。如(rú)36氪曾(céng)经报道过的「UNIZ」以 LCD-SLA 光固化技术为核心,加上其(qí)特有的Uni-Directional Peel(UDP,单向剥离)技术,使得其(qí)打印机(jī)的(de)精度和速度都能保持较高水(shuǐ)平(píng),号称3D打印速度可达1200mm/h以上。
还有(yǒu)此前提到的「清锋时代」则(zé)研发了类似于光固化的LEAP技术(shù),据称可将3D打印速度提(tí)升百倍。该(gāi)技术搭(dā)配公司研发(fā)的可量产高性能弹性材料EM-11,将(jiāng)用于清锋时(shí)代3D打(dǎ)印鞋底(dǐ)的批(pī)量生产。
同样要(yào)用3D打印(yìn)技术量产鞋底的,还(hái)有「塑成科技」,该公司采用的是精(jīng)度更高(gāo),速度更快的光固化打印(yìn)技术,是传(chuán)统速度的60-90倍(bèi)。
(3)其他非(fēi)金属3D打印技术
SLS,在行(háng)业内叫做粉末烧结,其可用材料包括高分子、金属、陶(táo)瓷、石膏、尼龙等多(duō)种(zhǒng)粉(fěn)末材料。
在尼龙3D打(dǎ)印中,「华曙(shǔ)高科」是头部企业(yè),现有员工超过280人(rén),其中研发人员超过(guò) 40%,公司共申请专利超过百项,获得(dé)专利(lì)授权近百项,同时研发金属3D打印设备及尼龙等高分子3D打印材料。此外(wài),该公司在金属3D打印(yìn)领域也有所涉及。
3DP工艺与(yǔ)SLS工艺(yì)类(lèi)似,采用粉(fěn)末材(cái)料成形,如陶瓷粉末,金属粉末。不同的是(shì)材料粉末不是通过烧结连接起来的,而(ér)是通过喷头用(yòng)粘接剂(如硅胶)将零件(jiàn)的截面“印刷”在材料粉末上(shàng)面。如「宁(níng)夏(xià)共享集团(tuán)」就采用 3DP 工艺“逐层叠加、增材制造(zào)”,把铸造所用的砂(shā)芯砂型(xíng)直接打印成形, 已经建(jiàn)设了3D打印(yìn)智能工厂。
三、3D打印服务
说起3D打印(yìn)服(fú)务(wù),这里我(wǒ)们将其拆分成两类,一类是(shì)3D打印(yìn)供应链企业,它们为3D打印提(tí)供后处理等(děng)服务,为3D打印生(shēng)产(chǎn)提供相关软件(包括控(kòng)制系(xì)统)及相关解决方案;另一(yī)类则本身不生产3D打印所需的材料及打(dǎ)印机产品,而是(shì)提供解(jiě)决方案设计、直接的打印服(fú)务、以及交易平台。
(1)软件及(jí)系统解决方(fāng)案供应商
3D打印产线不仅需要3D打印硬件产品,同样也需要软件系统(tǒng)的(de)配合。多(duō)数3D打印设备厂(chǎng)商会自行研发或是二次开(kāi)发相关(guān)的软件系统。市面上仍有专业的厂商,提供(gòng)相关方(fāng)案。
如新三板(bǎn)上市公(gōng)司「金橙子」科技自主研发(fā)了3D打印(yìn)控(kòng)制系统,该公司的控制卡集振镜(jìng)控制、激光(guāng)控制、运动控制(zhì)、传感器反馈于(yú)一体,并同时高精密校正方(fāng)案、多机加工方案、多种路径规划方案;「 创必得科技」自主(zhǔ)研发了赤兔系列主控系统(tǒng)和(hé)切片软件,最早(zǎo)实现了(le) 3D 打印脱机控制及多机器分布式控制系统解决方案;「空灵(líng)智能(néng)」推出的主板品牌「魔印」,该产品搭(dā)载了实时监控传(chuán)输技术,和打环检测技术,使得传统 3D 打(dǎ)印(yìn)机可以实(shí)现互联网打印同(tóng)时拥有(yǒu)自我检测功(gōng)能,客户可(kě)通过手(shǒu)机 app 对 3D 打印机进(jìn)行远程操控。同样的3D 打(dǎ)印控制系(xì)统供应商(shāng),还有「谦辉信息」、「 晋原铭科技」。
(2)3D打印后处理
3D打印后处(chù)理是3D打印重要的步骤,直接使用3D打印出来的(de)物品(pǐn)只(zhī)是一个半成品,有些表(biǎo)面会比(bǐ)较粗糙,需(xū)要打磨抛光,有些需要喷涂、上色;金属(shǔ)制品需要退(tuì)火、处气、固化。经过后处理,3D打(dǎ)印产品(pǐn)才能最终(zhōng)送(sòng)到客(kè)户手(shǒu)里(lǐ)。
今年10月,英国3D打印后处理初创(chuàng)公司(sī)「Additive Manufacturing Technologies(AMT)」宣布完成520万美元的(de)A轮融资。去年,德国专注(zhù)于(yú)SLS聚(jù)合物3D打(dǎ)印后处(chù)理创业公司「DyeMansion GmbH」获(huò)得了500万美元的A轮(lún)投资(zī)。
国内后处理厂商并不多,就在2019年10月,南极熊(xióng)曝光(guāng)了一个专门做尼龙/TPU等材料3D打印(yìn)后处(chù)理的国产厂商——「东(dōng)莞德为智能(DYEWIN)」。他们自(zì)主研发的3D打印零件表(biǎo)面处(chù)理及3D打印零件染色等后处理(lǐ)系统,这一套清粉+表面精(jīng)细处理+染(rǎn)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(màn)比尔(ěr)材料」专注金属等材料的3D打(dǎ)印后处理。
(3)消费端3D打印(yìn)服务及3D打印(yìn)平台
在消费端,有公(gōng)司专注(zhù)于(yú)3D设(shè)计软件和(hé)设计服务。比如「中望龙腾(téng)软(ruǎn)件」 就开发(fā)了3D One 系列三维创意设计软件 ,主要面对教育(yù)领域。另外(wài)面对教育市场的提供设计软件及相应解决方案的公司(sī)还有「 遨为数字技术 」、「乐伴科技」、「 张(zhāng)飞打印」。
也有(yǒu)提供产品设计及打印服务的公(gōng)司,36氪此前(qián)曾介绍(shào)过(guò)聚焦“3D 打印(yìn)+文创”的 「 上海极(jí)臻三维(wéi)」, 此外聚(jù)焦3D技术消(xiāo)费领域的产品(pǐn)化的(de)公司(sī)还有「云(yún)迹创意设计」、「 3dans 蛋生」、「 紫晶立方科技 」
在3D打印平台方面(miàn), 36氪曾(céng)介绍过「云工厂」,“云工厂(chǎng)”的主要业务线包括(kuò)3D打印(yìn)、手板加工和机械加工,开发设计(jì)了专用于中(zhōng)小批量产品加工的(de)标准化流程,将传统制造和互联网连接,可以实现线上下(xià)单、自(zì)动报价(jià)、实时跟踪生产进度和(hé)快速交付产品的制造。
新三板上(shàng)市企业「先临三(sān)维(wéi)」也有3D打印(yìn)服务(wù)的子公司「云打印」,云(yún)打印打造了“3D 打印+互(hù)联网+物联网(IOT)+人工智能(AI)”的技术平台,打(dǎ)造(zào) C2M 和线(xiàn)上线下相结(jié)合的 3D 打 印分布式服务模式。公司已(yǐ)在浙江、江苏、南等 全国多个省份(fèn)的(de)地方政府或园区合作,建(jiàn)立(lì)了十几(jǐ)家线下(xià) 3D 打印服务中(zhōng)心。类似(sì)的提供(gòng) 3D 打印云平台(tái)的(de)公司,还有「易速普(pǔ)瑞(ruì)」、「南京 1001 号(hào)」、「创(chuàng)想智造 3D 打印网 」、「魔猴网(wǎng)」等。
此外,还有(yǒu)相关(guān)的垂直媒体(tǐ)服务于(yú)行业内外的3D打印关注者(zhě)。比如「南(nán)极熊(xióng)3D打印网」,该平台(tái)报道全球最新的(de)3D打印(yìn)资讯,定期输出(chū)3D打印的研究报告,举办(bàn)行业内交流会议(yì),也为3D打印相关企业提供咨询服务。与它类(lèi)似,还有「3D打印(yìn)世界(jiè)」、「3D科学谷」、「3D打印技术参考」等。
四、3D打(dǎ)印的应用
3D打印的(de)应(yīng)用非常广泛(fàn),现今最热门的当属医疗3D打印。
医疗3D打(dǎ)印(yìn)有着数十亿(yì)美元的想象空间。从微小的细胞组织,到(dào)大(dà)体积的骨骼,都是3D打(dǎ)印未来的“战场”。
医疗3D打印,首(shǒu)先(xiān)是(shì)用计算机建立三维模(mó)型,数据传输至打印机(jī),由打印机逐层(céng)打印(yìn)截(jié)面(miàn),最后各截面(miàn)粘合起来(lái)完成塑(sù)型(xíng)。
我们可(kě)以从落地(dì)的(de)难易程度,把医疗3D打印划分为两(liǎng)部分(fèn):
骨科植入物(wù)、口腔修复、定制化(huà)假肢、手术(shù)导板、内植(zhí)入(rù)物,此类非生物3D打印技术(shù),技术更(gèng)为成熟,更加贴(tiē)近临床,应用场景明(míng)确,是玩家(jiā)们(men)主(zhǔ)要(yào)聚(jù)集的细分赛道;细胞组织甚(shèn)至器官(guān)组织的(de)3D打印,还有漫(màn)长的技术研发之路,是医疗3D打印(yìn)的进阶阶(jiē)段,水(shuǐ)面上(shàng)的国内玩家仅有五(wǔ)家(jiā)。(1)最引人注目的板块莫过(guò)于骨科植入物(wù)
公开数据(jù)显示,骨科植(zhí)入物(wù)占整个植入(rù)物市场规模(mó)的93%之多(duō),预计2022年骨科植入物的市场规模高达290亿元。目前国内企业已经(jīng)有一些产品获批上市,也有与医院合作手术的成功案例。
国内主要集中在金属和(hé)高分(fèn)子(zǐ)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,还有一些骨科辅助器械则采(cǎi)用的(de)是石膏或树脂材料。
举几个例(lì)子,「爱康医疗」的3D ACT钛合金骨小梁髋臼(jiù)杯(bēi)在2015年获得了(le)上市许(xǔ)可;「艾科赛龙」也聚焦3D打印骨科耗材,它的特点是具备介入式手(shǒu)术的(de)导航板方(fāng)案,帮(bāng)助扫除手术盲区;「 欧比雅」与广州医(yī)科大(dà)学附(fù)属第三医院合(hé)作(zuò),帮助(zhù)一名有十年病史的踝(huái)关(guān)节慢性骨髓(suǐ)炎患者置换病灶(zào)骨骼。
通常(cháng)我们(men)有一些维度去(qù)评价(jià)骨科植入物的(de)技术水(shuǐ)平:材质(zhì)的抗磨损性(xìng)能和生物(wù)相(xiàng)容性、孔隙率、摩擦系数、旋转活(huó)动度(分(fèn)散应力)、铰链机制(防脱易植入(rù))、承重方式(损耗程(chéng)度)、补块垫块的丰(fēng)富性(骨(gǔ)缺损处理方(fāng)案的丰富性)、手术及翻修策略等等。
(2)风口上的隐形牙套(tào),正是3D打印的成果
3D打(dǎ)印的另一个(gè)细分赛道是(shì)数字(zì)化口腔修复,现在技术已经可以制作种植(zhí)牙(yá)、义齿、正畸产品(pǐn)等等,还可以达成相(xiàng)关关节紊乱(luàn)病的治疗(liáo)修复(fù)。
隐形正畸正处于(yú)投(tóu)资风口,正(zhèng)畸量在近几年来有着爆发式(shì)的增长,诊所的毛利率通常在50%-75%。而(ér)隐(yǐn)形正畸所用的隐形牙套,正是3D打印的成果。
3D打印可以(yǐ)带给用户个性化的精准矫形,扫描仪掌握数字化地(dì)口腔状况,建立个(gè)性化的口内3D数(shù)字(zì)模型,从而生产出“量(liàng)身定制(zhì)”的(de)隐(yǐn)形牙套(tào)。根据平安(ān)证券口腔报告测(cè)算(suàn),2017年中国国正畸病例大(dà)约206万例,每例按(àn)12000元计(jì)算,则中国正畸市场规模(mó)在 250亿左(zuǒ)右。
对于义齿厂(chǎng)而言,3D打(dǎ)印机不(bú)仅能(néng)够实现人工替代,还(hái)能够提高生(shēng)产效(xiào)率(lǜ)和品(pǐn)质。全国有4000多家(jiā)义齿厂(chǎng),随着产(chǎn)业的升级、进(jìn)口替(tì)代的加速,未来将有(yǒu)更多(duō)的3D打印机进入义齿厂,未来五年市场(chǎng)规(guī)模有望超10亿。
以往(wǎng)困(kùn)扰(rǎo)口腔医生的是,初期设计(jì)的轮廓外形总是很难与最终得到的修复体一致(zhì),而3D打印就很好地解决(jué)了这个问题。3D打(dǎ)印的目标修复体导板,可以将修复蓝图可视化地(dì)呈现出(chū)来,根据导板打印而成的(de)修复(fù)体(tǐ),可以做到高精准度,让“理想”和“现实”达成一(yī)致。
还有一些公司擅(shàn)长三(sān)维数据采(cǎi)集,为医(yī)院提供手术前规划方案,用(yòng)可视化的(de)图像模拟手术,帮助医生更好(hǎo)地操(cāo)作演练。这个(gè)赛道上,「浙江德尔达」的做法是,通过对病患部位(wèi)的三维重建,设计手(shǒu)术导(dǎo)板(bǎn),手术导(dǎo)板就像是一个(gè)“手术用的地图”,让(ràng)医生(shēng)可以通过实体模型(xíng)来规划手术;「即刻叁医(yī)疗」将3D技术应用在了血管外科、肝胆外、肿瘤(liú)、颌面外科。
数(shù)字化(huà)口(kǒu)腔赛道的公司相(xiàng)对较多,包括此前(qián)文章提(tí)及的「迅实科技」、「瑞通生物」、「UNIZ」、「 黑格智(zhì)能」、「精唯信诚(chéng)」、「长朗智(zhì)能(néng)」等。
(3)世界(jiè)首(shǒu)颗(kē)3D打(dǎ)印心(xīn)脏诞(dàn)生
"医疗3D打印的进(jìn)阶阶段",就(jiù)是(shì)细胞组(zǔ)织(zhī)甚至器官组(zǔ)织的3D打(dǎ)印。
今年4月15日,以色列特拉维夫大学研究人员宣布成功3D打(dǎ)印出世界首颗(kē)“完整”心脏的新闻轰动全球(qiú)。一夜之间(jiān),“3D打印器官”仿佛(fó)触手可及(jí),器官(guān)移植供体(tǐ)紧缺(quē)似乎不再是(shì)问题(tí)。
然而冷(lěng)静下来,我们(men)会发现(xiàn):这个“心脏”很小(xiǎo),并非人类尺寸;血管系统并不完整,毛细血(xuè)管未被打印出来(lái);此“心脏”尚(shàng)不具备泵血功能。
尽管距(jù)真正可(kě)移(yí)植(zhí)的心脏(zāng)还有一(yī)段距离(lí),但是(shì)这颗心脏的(de)诞生,仍然引起了巨大的轰动。为(wéi)什么呢(ne)?答案是(shì),它与组织工程(chéng)构建(jiàn)技术有关(guān)。
经典(diǎn)组织(zhī)工程构建首先(xiān)需要(yào)两类(lèi)材(cái)料(liào)——种子细胞和(hé)支架材料。支架(jià)材料(liào)顾名思义,起到的即“支(zhī)撑”作用。它(tā)为种(zhǒng)子细胞提供生(shēng)长和发挥(huī)生物学功能的场所,需要具有模仿天然组织的构建性能。种子(zǐ)细胞则是在(zài)支架材料上(shàng)联结、生长成(chéng)所需(xū)组织、器官的单(dān)位。
怎样的支架材料无毒、无免疫原性,具有良好(hǎo)的(de)生物相容性、合(hé)适的生物降解(jiě)性,同时适合细(xì)胞生长?怎样获(huò)得多功能干细胞,并使其定向分化成所需(xū)的种子细胞?如何维持所获(huò)组织、器官的细胞活性?怎样(yàng)令(lìng)打印出的(de)组织/器件功能(néng)化?这些(xiē)都(dōu)是摆(bǎi)在科(kē)学家和企(qǐ)业面前的问题。
特拉维夫大学(xué)研(yán)究(jiū)人员(yuán)即是解决了部分这些问题后,打印出了具有细(xì)胞、血管、心室和心房的“完整”心脏。这同时意味着,结构更(gèng)简单(dān)的耳朵、气管、血管等(děng)组(zǔ)织器官可以完全重现。无排异的组织移植(zhí)或许能先一步到来。
目前,36氪收集的公开资料显示(shì),全球(qiú)生物3D打印的市场规模(mó)在30亿元(yuán)左右,全球领先的生物(wù)3D打(dǎ)印公司(sī)包括美国(guó)的「Organovo」、日本的(de)「Cyfuse Biomedical」、加拿大的「Aspect Biosesystems」等(děng)。而国内从事器官、血管等组织工程(chéng)3D打(dǎ)印的企业,仅(jǐn)有数家,分别为:「上(shàng)普生物」、「迈普医学」、「捷诺飞生(shēng)物科技」、「尤尼科技」、「蓝光英(yīng)诺」等。
FDM和光固化是目前较(jiào)为主流的打印(yìn)技(jì)术,上述”心脏“即是(shì)FDM技术下打印出来(lái)的。光固化技术的(de)优(yōu)势(shì)在(zài)于成型容易,但是容易产生(shēng)毒性问题。
细胞(bāo)打印产业化(huà)的难点(diǎn),除了技(jì)术,还有伦理道德(dé)乃至风险(xiǎn)控制。社会对此(cǐ)类产品的接受程度、生产过程中可能带来的病毒等(děng)风险,也在一定程(chéng)度(dù)上制约(yuē)了行业(yè)的发展。
据悉,现在(zài)企业提供的(de)业务多为:生物3D打(dǎ)印(yìn)机的定制、售(shòu)卖;生物墨水等其他耗材(cái)的定制、售卖;生物仿真模型的打印服(fú)务等。目前行(háng)业内可降解组织工程支架(jià)的打(dǎ)印相对成熟,细胞、组织、器官的3D打(dǎ)印处于科研应用阶段的居多(duō)。
短期上看,生物(细胞(bāo))3D打印比(bǐ)较现实的(de)落(luò)地场景(jǐng)在(zài)于,打印具有单一功能的类组(zǔ)织来进行体外(wài)药检、病毒理测试,乃(nǎi)至化妆品(pǐn)、保健品的(de)效果测试。往远了看,即最终(zhōng)应是实现器官移植(zhí),造福(fú)人类。
随(suí)着技术(shù)的日益(yì)成熟(shú),3D打(dǎ)印产品(pǐn)的(de)生产制作或许将不再是(shì)最(zuì)大难题。行业玩(wán)家们(men)共同面(miàn)临的问题,其实是政策审批的(de)问题。
由于医疗3D打印产品可(kě)能会直接用于人(rén)体(tǐ),且(qiě)产品都是根据患者情况(kuàng)个性化定(dìng)制(zhì)的(de),每位患(huàn)者(zhě)的情况都会(huì)有(yǒu)所(suǒ)不同,所以对它的审批是非常严格谨慎的,相关政策滞后于技(jì)术。
3D打印产品(pǐn)以往没有适(shì)用的取证规范,定制化的产品导致取(qǔ)证成本(běn)很大(dà),用在每一个身体部位(wèi)都需(xū)要申请一张(zhāng)医疗(liáo)器(qì)械证,取证成本极高(gāo)。
最新的动态是,今年(nián)7月国家出台了一(yī)项新政策,预(yù)计(jì)能(néng)为医疗3D打印带来强心剂。
这项(xiàng)新政是(shì)《定制式医疗器械(xiè)监督管理规定(试行)》,规定了定制式医疗(liáo)器械的备案管理、设计加工、使用管理、监督管理的规范,从明(míng)年1月1日起施行。
纵(zòng)观整个3D打印市场,其应用范围非(fēi)常广泛,从医用至(zhì)工(gōng)业至消费(fèi),都可以看到3D打印的(de)身(shēn)影(yǐng)。
医用领(lǐng)域包括医用(yòng)手术导板、医疗植(zhí)入(rù)物、齿科模(mó)型(xíng)及相关矫正设备、金属牙冠等物件的制造;
工业方面,有工业产品设计开发、复杂小型金(jīn)属精密零件、航空航(háng)天复(fù)杂金属构件、飞(fēi)机大型复杂金属构件(jiàn)、航空航天领域用工程塑料零部件、汽车(chē)、家电(diàn)等领(lǐng)域零部件(jiàn)制造、铸造用蜡(là)模制作以(yǐ)及建筑建造(zào);
在消费(fèi)领域则(zé)包括,手办制作(zuò)、珠宝(bǎo)设计与制作(zuò)、创意产品制作与生(shēng)产、以及食品制作等(děng)。
这篇文章(zhāng),36氪只盘点了最热门的(de)医疗3D打印。接下(xià)来(lái),36氪还将聚焦3D打印在其他行业的应用,进(jìn)行(háng)分(fèn)析和盘点。