中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2017年）解讀

增材制造（Additive Manufacturing，AM）又稱3D打印，是以數(shù)字模型為基礎,將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術,體現(xiàn)了信息網(wǎng)絡技術與先進材料技術、數(shù)字制造技術的密切結合，是先進制造業(yè)的重要組成部分。當前，增材制造技術已經(jīng)從研發(fā)轉向產(chǎn)業(yè)化應用，其與信息網(wǎng)絡技術的深度融合，將給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來變革性影響，被稱為新一輪工業(yè)革命的標志性技術之一。世界各國紛紛將增材制造作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點重點培育，推動增材制造技術與信息網(wǎng)絡技術、新材料技術、新設計理念的加速融合，力爭搶占未來科技和產(chǎn)業(yè)制高點。

一、增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

增材制造技術起源于美國。1983年，美國科學家查爾斯•胡爾（Charles Hull）發(fā)明光固化成形技術并制造出全球首個增材制造部件。1986年，查爾斯•胡爾獲得了全球第一項增材制造專利，同年成立3D Systems公司。1987年，3DSystems發(fā)布第一臺商業(yè)化增材制造設備，全球進入增材制造時代。隨后，熔融沉積成形技術（FDM）、激光選區(qū)燒結（SLS）、激光選區(qū)熔化（SLM）、激光近凈成形（LENS）、電子束選區(qū)熔化（EBSM）、三維立體打�。�3DP）、分層實體制造（LOM）、生物3D打印等成型工藝先后出現(xiàn)。

20世紀80年代末，我國啟動開展增材制造技術的研究，研制出系列增材制造裝備，并開展產(chǎn)業(yè)化應用。1988年，清華大學成立了激光快速成形中心。1993年，國內第一家增材制造公司——北京殷華快速成型模具技術有限公司成立。隨后，華中科技大學、西安交通大學、西北工業(yè)大學、北京航空航天大學等高校開展增材制造技術的研究和產(chǎn)業(yè)化。此外，依托社會力量成立的北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司，從1993年開始研發(fā)SLS增材制造設備，同年5月，國內首臺工業(yè)級增材制造設備——激光選區(qū)燒結（SLS）設備樣機研發(fā)成功。2015年，為加快推進我國增材制造產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，工業(yè)和信息化部、發(fā)展和改革委員會、財政部聯(lián)合發(fā)布了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》。

二、國外增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
（一）產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長

據(jù)Wohlers Associates對全球61家工業(yè)系統(tǒng)制造商、19家專用材料生產(chǎn)商、100家服務提供商以及一批消費級增材制造設備制造商的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達到60.63億美元，同比增長17.4%。工業(yè)級增材制造裝備制造企業(yè)數(shù)量不斷增加。2016年，全球有97家工業(yè)級增材制造裝備制造商，相比2014年的49家，增長近1倍。

（二）產(chǎn)業(yè)格局基本形成

全球增材制造產(chǎn)業(yè)已基本形成了美、歐等發(fā)達國家和地區(qū)主導，亞洲國家和地區(qū)后起追趕的發(fā)展態(tài)勢。美國率先將增材制造產(chǎn)業(yè)上升到國家戰(zhàn)略發(fā)展高度，引領技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。歐盟及成員國注重發(fā)展金屬增材制造技術，產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術應用走在世界前列。俄羅斯憑借在激光領域的技術優(yōu)勢，積極發(fā)展激光增材制造技術研究及應用。日本全力振興增材制造產(chǎn)業(yè)，借助增材制造技術重塑制造業(yè)國際競爭力。

據(jù)Wohlers報告統(tǒng)計，2015年全球增材制造設備市場保有量格局中，歐、美國家占有率67.9%。其中，北美國家占有率39.7%，歐洲國家占有率28.2%，均呈現(xiàn)下降趨勢。亞洲國家占有率為27.5%，呈現(xiàn)小幅上升趨勢。從國別看，美國的設備保有量占有率居首，高達37.8%，相比2014年下降了0.3個百分點。德國設備保有量占有率達居其次，高達9.6%，相比2014年下降了0.1個百分點。中國（不含臺灣地區(qū)）后來者居上，居第三位，保有量占有率由2014年的9.2%升至2015年的9.5%，增長0.3個百分點。

（三）應用范圍不斷拓展

近年來，增材制造技術廣泛應用在航空航天、汽車、醫(yī)療、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新教育等眾多領域，越來越多的企業(yè)將其作為技術轉型方向，用于突破研發(fā)瓶頸或解決設計難題，助力智能制造、綠色制造等新型制造模式。從2015年全球增材制造應用格局來看，工業(yè)機械（19.9%）、航空航天（16.6%）、汽車領域（13.8%）、消費品/電子產(chǎn)品（13.1%）、醫(yī)療/牙科（12.2%）的等領域的應用居前五。與2014年相比，在工業(yè)機械領域的應用提升了2.4個百分點，在學術機構領域的應用提升了2.3個百分點，在航空航天領域的應用提升了1.8個百分點。但在消費品/電子產(chǎn)品、汽車、醫(yī)療/牙科、政府/軍隊等領域的應用分別降低了3.5、2.3、0.9、0.7個百分點。

（四）企業(yè)并購持續(xù)進行

隨著一大批企業(yè)進入增材制造領域，全球范圍內的產(chǎn)業(yè)競爭加劇。Stratasys通過全球并購提升競爭力。2012年，Stratasys與Object公司合并，奠定了Stratasys公司行業(yè)領導者的地位。2013年，Stratasys收購消費級增材制造市場著名廠商Makerbot，擴張勢力版圖。2014年，Stratasys出資1億美元收購全球最大的3D設計分享網(wǎng)站GrabCAD，布局上游產(chǎn)業(yè)。2015年，Stratasys合并RedEye、Harvest Technologies和Solid Concepts，布局按需制造服務。同年，Stratasys收購增材制造咨詢公司Econolyst，并成立Stratasys Strategic Consulting公司，正式涉足增材制造咨詢行業(yè)。3D Systems通過全球并購打造完整產(chǎn)業(yè)鏈條。3D Systems自成立以來，收購了數(shù)十家增材制造領域內的企業(yè)，僅在2009到2013年的5年間，3D Systems收購增材制造設備制造商、專用材料生產(chǎn)商、設計公司、軟件開發(fā)商、3D掃描儀制造商、服務提供商等近30家企業(yè)，涵蓋了增材制造的全產(chǎn)業(yè)鏈。GE通過全球并購實現(xiàn)從增材制造應用向增材制造裝備及服務供應商轉變。GE公司2010年開始布局增材制造技術，通過不斷并購實現(xiàn)從增材制造用戶方到服務提供方的轉變。2016年，GE公司成功收購瑞典Arcam公司和德國ConceptLaser公司，成為金屬增材制造領域的佼佼者。

（五）國外重點增材制造企業(yè)發(fā)展向好

EOS、SLM Solutions、Arcam、ExOne等龍頭企業(yè)營業(yè)收入實現(xiàn)較大增長，EOS、SLMSolutions的營收增速同比超過20%。Stratasys、3D Systems、ExOne等龍頭企業(yè)的營業(yè)收入持續(xù)小幅下降，但虧損大幅減少。其中，Stratasys總營收6.72億美元，是全球最大增材制造企業(yè)。

三、中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

經(jīng)過二十多年發(fā)展，我國增材制造產(chǎn)業(yè)化步伐明顯加快。在《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動計劃（2015-2016年）》等相關規(guī)劃政策的引導和支持下，我國增材制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，關鍵技術不斷突破，裝備性能顯著提升，應用領域日益拓展，生態(tài)體系初步形成，涌現(xiàn)出一批具有一定競爭力的骨干企業(yè)，形成了若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

（一）發(fā)展現(xiàn)狀

1．產(chǎn)業(yè)規(guī)模實現(xiàn)快速擴張。據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對23家規(guī)模以上企業(yè)的經(jīng)營數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年規(guī)模以上增材制造企業(yè)總產(chǎn)值20.3億元，比2015年的10.8億元增長87.5%。2017年上半年總產(chǎn)值為11.6億元，同比增長50.5%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模實現(xiàn)快速增長。從產(chǎn)業(yè)構成看，增材制造裝備、材料和服務的產(chǎn)值比例分別為50.1%、26.9%、23.0%，增材制造裝備產(chǎn)值占一半。

2．產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局初步形成。我國增材制造產(chǎn)業(yè)已初步形成了以環(huán)渤海地區(qū)、長三角地區(qū)、珠三角地區(qū)為核心，中西部地區(qū)為紐帶的產(chǎn)業(yè)空間發(fā)展格局。環(huán)渤海地區(qū)，增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于國內領先地位，形成了以北京為核心，多地協(xié)同發(fā)展，各具特色的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。長江三角洲地區(qū)，具備良好經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢、區(qū)位條件和較強的工業(yè)基礎，已初步形成了包括增材制造設備研究開發(fā)、生產(chǎn)、應用服務及相關配套設備的增材制造產(chǎn)業(yè)鏈。珠三角地區(qū)，增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展側重于應用服務，主要分布在廣州、深圳、珠海和東莞等地。此外，陜西、湖北、湖南等省份是我國增材制造技術中心和產(chǎn)業(yè)化重鎮(zhèn)，集聚了一批龍頭企業(yè)。安徽省也是增材制造產(chǎn)業(yè)的重要集聚區(qū)，蕪湖市繁昌縣的春谷3D打印智能設備產(chǎn)業(yè)園已成為華東地區(qū)最大的增材制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

3．行業(yè)應用持續(xù)拓展深化。增材制造已經(jīng)成為航空航天等高端設備制造及修復領域的重要技術手段，初步成為產(chǎn)品研發(fā)設計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產(chǎn)品的實現(xiàn)手段以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具，并且應用范圍不斷向醫(yī)療、建筑、服裝、食品等行業(yè)領域擴展。西安鉑力特激光成形技術有限公司針對航空航天極端復雜的精密構件加工制造問題，利用SLM技術解決了隨形內流道、復雜薄壁、鏤空減重、復雜內腔、多部件集成等復雜結構問題，每年可提供復雜精密結構件8000余件上海電氣集團股份有限公司依托“3D打印打印燃氣輪機軸向旋流器工業(yè)化應用探索”項目，成功制備出符合性能要求的部件，可協(xié)助完成重型燃氣輪機關鍵零部件的原型設計與優(yōu)化。在核工業(yè)領域，中廣核集團“金屬3D打印應用于核電領域的關鍵技術研究”取得重大成果，利用激光選區(qū)熔化（SLM）技術制造核電站復雜流道儀表閥閥體，該閥體的材料化學成分滿足國際核電標準RCC-M的要求，相比傳統(tǒng)工藝可縮短制造周期，可滿足小批量快速生產(chǎn)、降低成本等方面的要求。

4.服務支撐體系逐步完善。為促進產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，全國增材制造標準化技術委員會、中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、國家增材制造創(chuàng)新中心、國家增材制造產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心等行業(yè)組織相繼成立，我國服務支撐體系正逐步完善。

5．政策保障體系初步建立
我國高度重視增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，《中國制造2025》指出要加快增材制造技術和裝備的研發(fā)、應用，建設增材制造創(chuàng)新中心。在《中國制造2025》“1+X”規(guī)劃體系中，有8個規(guī)劃提及增材制造，被列為研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和應用重點。國家相關部委出臺了系列規(guī)劃政策，推動增材制造產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委員會、財政部研究制定了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》，科技部實施《國家重點研發(fā)計劃增材制造與激光制造重點專項實施方案》。此外，北京市、陜西省、遼寧省、福建省、湖北省、黑龍江省等地也紛紛出臺促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關意見，指導本地產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（二）存在問題

1．產(chǎn)業(yè)規(guī)模化程度較低。我國增材制造產(chǎn)業(yè)雖然取得了長足進步，但整體上呈現(xiàn)“小、散、弱”的狀態(tài)。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有增材制造企業(yè)有幾百家，但缺少規(guī)模大、實力強的國際龍頭企業(yè)，國內規(guī)模最大企業(yè)的年銷售收入僅3億多元，不到美國Stratasys公司年銷售額45億元的7%。

2．專用材料發(fā)展滯后。我國在增材制造專用新材料領域的發(fā)展仍然滯后，面臨材料選擇局限性較大，品種少，供應商少，高性能材料嚴重依賴進口的現(xiàn)狀。目前國內只開發(fā)出鈦合金、高強鋼等幾十種金屬和非金屬材料，而且金屬材料成形品的可靠性、穩(wěn)定性普遍不高且缺乏試驗驗證。


3．關鍵裝備和核心器件依賴進口。我國工業(yè)級增材制造裝備在環(huán)境溫度控制、工藝穩(wěn)定性等方面總體上與發(fā)達國家還有較大差距，關鍵裝備與核心部件嚴重依賴進口的問題依然較為突出，如高光束質量激光器及光束整形系統(tǒng)、高品質電子槍及高速掃描系統(tǒng)、大功率激光掃描振鏡、動態(tài)聚焦鏡等精密光學器件、陣列式高精度噴嘴/噴頭等嚴重依賴進口。我國絕大部分增材制造軟件市場被國外企業(yè)占據(jù)，用于支撐設計、掃描路徑形成、方案制定的專用工藝軟件及控制軟件在國內仍處于起步階段，有些軟件甚至處于空白。

4．行業(yè)標準體系不健全。雖然我國已提出增材制造領域的7項國家標準，但尚未建立起涵蓋設計、材料、工藝設備、產(chǎn)品性能、認證檢測等在內的完整的增材制造標準體系。行業(yè)標準的缺失，很大程度上制約了增材制造技術成果的累積、固化和推廣應用，未能架起技術和產(chǎn)業(yè)銜接的橋梁，減緩了產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程。

5．協(xié)同推進機制尚需完善。目前國內產(chǎn)學研存在嚴重脫節(jié)，很多創(chuàng)新性技術仍滯留在高校院所，很難實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)學研用密切結合的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化協(xié)同推進機制尚未有效形成。高等院校、科研機構和企業(yè)各自為戰(zhàn)，技術和產(chǎn)品研發(fā)重復投入，信息、資源不能實現(xiàn)共享的問題較為突出。

6．應用推廣有待加強。目前，我國對增材制造技術的認識依然不足，創(chuàng)新應用能力還不夠強，加之工業(yè)級增材制造設備的昂貴成本和維護費用，中小企業(yè)望而卻步，阻礙現(xiàn)有傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的改造升級，需要進行較長時間的市場培育。在金屬增材制造領域，受困于“功能優(yōu)先”設計理念等因素的影響，如何進一步加快應用推廣仍舊還需進一步探索。

四．增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望

（一）增材制造產(chǎn)業(yè)將持續(xù)高速增長
增材制造產(chǎn)業(yè)正從起步期邁入成長期，呈現(xiàn)出加速增長的態(tài)勢，據(jù)WohlersAssociates（2017）統(tǒng)計，1988-2015年的27年中，全球增材制造產(chǎn)業(yè)的年復合增長率為26.2%，其中，2012-2014年的CAGR高達33.8%。按照產(chǎn)業(yè)生命周期理論，預計未來10年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)仍將處于高速增長期，發(fā)展?jié)摿�巨大。�?jù)IDC預測，2016-2020年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)將保持22.3%的年復合增長率，至2020年全球增材制造產(chǎn)值將達289億美元。麥肯錫預測，到2025年全球增材制造產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生高達2000-5000億美元經(jīng)濟效益。

（二）工業(yè)級增材制造成主流方向
工業(yè)級增材制造可廣泛運用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型升級和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，隨著增材制造技術的逐漸成熟和成本的不斷降低，市場需求和發(fā)展?jié)摿�較大。尤其在金屬增材制造領域，已經(jīng)展現(xiàn)強勢增長勢頭。據(jù)統(tǒng)計，2015年全球金屬增材制造設備銷量增長了35%，2016年上半年同比增長17%。在航空航天、汽車、航海、核工業(yè)以及醫(yī)療器械等領域對金屬增材制造的需求十分旺盛，應用端呈現(xiàn)快速擴展態(tài)勢。

（三）融合發(fā)展助推規(guī)模化應用
增材制造技術的優(yōu)勢在于原型制造和小批量生產(chǎn)上，潛能主要體現(xiàn)在個性化產(chǎn)品和復雜產(chǎn)品批量化制造上。增材制造并非是對以“減材制造”、“等材制造”為基礎的傳統(tǒng)制造技術的取代與挑戰(zhàn)，而是通過與傳統(tǒng)制造的融合，對現(xiàn)有生產(chǎn)模式、供應模式、商業(yè)模式加以補充和革新。隨著增材制造技術的不斷成熟和軟件系統(tǒng)完善，將會在設計、生產(chǎn)過程控制、后處理等當前生產(chǎn)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)無縫對接，推動增材制造融入現(xiàn)有生產(chǎn)體系，實現(xiàn)規(guī)�；瘧�用。

（四）應用的深度和廣度持續(xù)拓展
從應用細分領域來看，在工業(yè)領域，增材制造技術的應用已從簡單的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向發(fā)展，正滲透到復雜結構件設計及制造領域。同時，在造型評審、設計驗證、復雜結構零件、多材料復合零件、輕量化結構零件、定制專用工裝、表面修復、個性換裝件等方面的應用越來越多。在生物醫(yī)療領域，依據(jù)患者醫(yī)學影像數(shù)據(jù)增材制造的生物模型已經(jīng)成為輔助治療的手段，包括術前模擬等應用，未來或將從“非活體”打印逐步進階到“活體”打印轉變。

來源：賽迪智庫