10月22日(rì),在“直通乌镇”全(quán)球互联(lián)网大赛总决赛上,3D打印公司「LuxCreo清锋时(shí)代」获得(dé)了大赛冠军。同月,专攻数字化齿科3D打(dǎ)印机的「迅实(shí)科技(jì)」,宣(xuān)布完成过亿元人民币的(de)B轮(lún)融资。
8月8日,「LuxCreo清锋时代(dài)」宣布完成KPCB领投,北极(jí)光创(chuàng)投、顺为资本跟投的3000万美(měi)元B轮融资。 8月26日,研发微纳米级3D打印设备及材料(liào)的「摩(mó)方(fāng)材料」完成1亿人民(mín)币A+轮融(róng)资。
在(zài)过(guò)去(qù)的两个月里,3D打印企业(yè)吸引了不少市场(chǎng)关注。此前,36氪也曾经对2018年(nián)、2019年的两(liǎng)年来3D打(dǎ)印领域的(de)投融资情况以及目前3D打印整个(gè)产业状况(kuàng)进行了分析。(详情请看:发明30年后,3D打印现状如何?)
继续3D打印的话题,国(guó)内3D打(dǎ)印(yìn)领域主要有哪些玩家组成?相信读(dú)完(wán)这篇文章(zhāng),你一定能得(dé)出(chū)答案。
3D打(dǎ)印是什(shí)么?
3D打印(yìn)是(shì)增材制造(zào)的另(lìng)一种说法,它是以(yǐ)数字模型为基础,将(jiāng)材料逐层堆积制造出实体物品的新兴(xìng)制造技术。增(zēng)材制(zhì)造(zào)可节约制造材料和加工(gōng)时(shí)间,制(zhì)作(zuò)形态万千(qiān)的(de)物品,实现制造的个性化和定制化。增材制(zhì)造实现了制造方式从(cóng)等材、减材(cái)到增材(cái)的转(zhuǎn)变,改变了传统(tǒng)制造的工艺流程(chéng)、生产线(xiàn)、工(gōng)厂(chǎng)模式、产业链组合,被认为是(shì)制(zhì)造领域极具代表(biǎo)的颠覆(fù)性技(jì)术。
为抢占增材制造技术及产业发展先(xiān)机,多个(gè)国家和地区(qū)将其列为重点(diǎn)发展方向,制定了相关规(guī)划及扶持政策。
按3D打印产(chǎn)业链,可(kě)以根据上中下游分为3D打印材(cái)料、3D打印(yìn)设备、3D打印服务、以及3D打(dǎ)印应用。而按照(zhào)3D打印原材料的则(zé)可以分为金属3D打(dǎ)印和非金属3D打印两大类(lèi);按照(zhào)应用上的区(qū)别又可以分为工业级(jí)3D打印、特种打印等。
在这份行业图谱里,我们将整(zhěng)个3D打印(yìn)行业(yè)拆分成金属3D打印和非金属3D打(dǎ)印两(liǎng)大类,并以相关的打印技术和应用范(fàn)围为细分项为大家盘点整个市场的企业格局。
一、金(jīn)属(shǔ)3D打印
1、金属3D打印材料(liào)
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(háng)制备,来满足3D打印产品及3D打印设(shè)备对材料(liào)的特殊要求。根据所使用的(de)3D打印技术的不(bú)同、制造的零件用途不同,所(suǒ)需要的(de)材料也不相同。
金(jīn)属(shǔ)3D打(dǎ)印材料主(zhǔ)要是金属(shǔ)粉末,主要材质包括钴基合金、不锈钢、工具钢、模具钢、镍基合金、钛及钛合金,以及(jí)各(gè)系(xì)铝合金等。
据有关数据分析(xī)报(bào)告显示,未来市场3D复合打印材料的规模将不断增加,金属材料的应用也(yě)会逐年上升,预计2022年复合材料有望达到(dào)1.11亿美元,3D打印金属材料(liào)的市场规模达到8亿美元,金属(shǔ)材料的研发生(shēng)产将有(yǒu)更广阔的市场空间。
在金属(shǔ)3D打印材料领域,有公(gōng)司仅针对特定领域(yù)提(tí)供专业材料。如「中航迈特」,主(zhǔ)营业(yè)务业务就是(shì)航空航天金属(shǔ) 3D 打印粉末(mò)材(cái)料研发和生产(chǎn),年产能将达至少1000吨(dūn);以及(jí)「融(róng)天(tiān)航空器材」代(dài)理来自美国、欧洲的航空用3D打印金(jīn)属粉末。
更多的厂商是生产(chǎn)通用性的金属粉末产品。如「纳联材料」生(shēng)产(chǎn)适(shì)用于SLM、EBM、DED 等技术的(de)基(jī)合金、不锈钢、工具钢、模具(jù)钢、镍基(jī)合金、钛及钛合(hé)金金属(shǔ)粉末材料;同类公司还有「宇光飞利金(jīn)属材料」、「金源智能技术」、「微纳增材(cái)技术(shù)」、「康(kāng)普锡威科技」、「英纳特(tè)纳米科技」、「优材(cái)科(kē)技(jì)」、「中体新材料」、「上海状(zhuàng)迈」等。
此外,还(hái)有部分兼备打印设备和材料的公司,将在下(xià)文进行(háng)讨论。
2、金属3D打印(yìn)装备
现(xiàn)在主(zhǔ)流的金属3D打印(yìn)技术(shù)有:激光选(xuǎn)区熔化(SLM)、激光近(jìn)净成型(xíng)(LENS)和电子束选区熔化(EBSM)技术(shù)、直(zhí)接能量沉(chén)积(DED)技术以及(jí)电子束熔丝沉积(EBDM)。
来源(yuán):国家增材制造(zào)产业(3D)发展推进计划(2015-2016年)
(1)激光选区熔化(huà)(SLM)
SLM是目前金属3D打印成型中最(zuì)普遍的技术,其工作(zuò)原理(lǐ)为:计算机将物体(tǐ)的三维数据转化为一层层截面 2D数(shù)据并(bìng)传输给打(dǎ)印机,打印(yìn)过程中,在基(jī)板上用刮刀铺上设定层厚的(de)金属粉(fěn)末(mò),聚焦的(de)激光在扫(sǎo)描振镜的控制(zhì)下按(àn)照事先规划好的路径与(yǔ)工艺参数(shù)进行扫描,金属粉末在(zài)高能量激(jī)光的(de)照(zhào)射(shè)下其发生(shēng)熔化,快速(sù)凝(níng)固,形成冶金结合层。当一层打印任务结束后, 基板下降一个切片层厚高度,刮(guā)刀继续进(jìn)行粉末铺平,激光扫(sǎo)描(miáo)加(jiā)工,重(chóng)复这样的过程直至整个零(líng)件打印结束。(引(yǐn)用自铂力特招股书)
该技术的(de)优势在于可以广(guǎng)泛应用于复杂形状的金属(shǔ)零(líng)件的批(pī)量生产,而且大(dà)多数金(jīn)属(shǔ)粉(fěn)末都适用于这种技术,包括钛(tài)合金、铝(lǚ)合金、高温合(hé)金(jīn)、铜合金、钴铬合金、 不(bú)锈钢、高强钢、模具钢等,得到的零件(jiàn)致密(mì)度几近100%。
3D打(dǎ)印领域唯一(yī)的科创板公司「铂力特」的自研(yán)设(shè)备(bèi)就以SLM 3D打印机为主,其招股说(shuō)明(míng)书显示其(qí)SLM设备成形(xíng)机时累计突破50万小时。在打印材料(liào)方面,铂力特在(zài)开发了数种(zhǒng)传统钛(tài)合金、 铝合金等材料基(jī)础上,成功研发增材制造专用新型钛合金粉末(mò)TiAM1、铝合金粉末AlAM1。
以(yǐ)及主(zhǔ)要面向航天、航空、航海、核电等高端制造(zào)领域金属3D打印服务(wù)的(de)「鑫(xīn)精合」同样也是主要利用(yòng)SLM技(jì)术进行服务。此外,该公(gōng)司还掌握(wò)激光沉积制造(LDM)的工艺技(jì)术,目前(qián)拥有50 台自(zì)主研发的系列化金属(shǔ)选区熔化设,11台超大型号自主研发的金属沉积(jī)制造(zào)设(shè)备(bèi),在职人员 600余人(rén)。
另外(wài),在(zài)金属(SLM)3D打(dǎ)印领域,还有如「广(guǎng)东汉邦科(kē)技(jì)」、「永年激光」、「易(yì)加三(sān)维」、「易博(bó)三维」、「西帝摩」等。
(2)其他金(jīn)属3D打印技术
LENS(Laser Engineered Net Shaping)是一种(zhǒng)基于同步送粉的(de)激光熔覆沉(chén)积技术,激光束在(zài)控(kòng)制下,按照预(yù)先设定的路径,进行移动;同时,粉(fěn)末(mò)喷嘴将金属粉末直接(jiē)输送到激光(guāng)光斑下(xià),使之由点到线、由线到面的顺序凝固,从而完成(chéng)一个(gè)层截面的打(dǎ)印工作,这样层层(céng)叠加,制造(zào)出近净(jìng)形的零部(bù)件(jiàn)实体。使用该(gāi)技术(shù)的打印(yìn)机通常会与(yǔ)相应的CNC铣削单(dān)元(yuán)混合(hé)使用。
美国的「Optomec」上(shàng)世纪九十年代末开始(shǐ)集中于LENS技术(shù)的商业开发,可(kě)以做到(dào)以五个(gè)运动轴(zhóu)移(yí)动装置(zhì)逐渐(jiàn)建立(lì)3D金属物体(tǐ),今年3月推出了两款新的独立系统LENS CS 600和CS 800。国内比较典(diǎn)型的(de)公司是「大连海博瑞思科技」,该公司融(róng)合(hé)了LENS技术(shù),研发(fā)了五轴混合加工制造技术(shù),生产了(le)相关设(shè)备并提供相对应的解决方案。
电子束选区熔化(EBSM/EBM)是通过(guò)在真空环境下使用电子束扫描、熔(róng)化粉末材(cái)料,逐层沉积制造(zào)3D金(jīn)属零(líng)件的(de)工艺,相对于(yú)SLM技术加工效率更高,成本也更低,但技术(shù)难度相对(duì)更高。
最早将该技(jì)术商业(yè)化的是(shì)瑞(ruì)典的「Arcam AB」公司,国内则有「智束(shù)科技」,该公司核心技术(shù)与团队(duì)均来源于清(qīng)华大学,开发了具有(yǒu)自(zì)主(zhǔ)知(zhī)识产权的(de)EBSM金属3D打印装(zhuāng)备,该技术可广泛应用于(yú)航空航天高(gāo)性(xìng)能(néng)复(fù)杂零部件和医疗植入体制造等领域。
二、非金属(shǔ)3D打印
1、非金属3D打印材(cái)料
目前能够用(yòng)于3D打印(yìn)的材料已有(yǒu)1000多种,绝大(dà)部(bù)分都是非金属(shǔ)材料。非金(jīn)属3D打印主要使用的是高分子材料,包括合成(chéng)高(gāo)分子材料,如聚乳(rǔ)酸(PLA)、聚乙二(èr)醇(PEG)、聚对苯二甲(jiǎ)酸乙二(èr)醇(chún)酯(zhǐ)-1,4-环己烷(wán)二甲醇(chún)酯(PETG)、聚-羟(qiǎng)基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁(dīng)二醇酯(zhǐ)(PBS)、聚己(jǐ)内酯(PCL)以及光敏(mǐn)树脂等;热塑性高分(fèn)子材料,如PC、ABS-M30i、尼龙、PEEK等;天然高分子材料(liào),如藻酸盐(yán)、胶原(yuán)、纤维蛋白原、明胶、细胞外基质、琼脂糖、葡聚糖、葡萄糖、蔗糖、壳(ké)聚糖等。
加工(gōng)方会根据不同的3D打印技(jì)术特性及(jí)应用产(chǎn)品需(xū)求,选择不同性能的材料。市场上(shàng),也有许多专(zhuān)门研发生产(chǎn)3d打印(yìn)材料的(de)公司。
如「eSUN 易生(shēng)」,它是深圳(zhèn)光华伟业股份有限(xiàn)公(gōng)司2007年进(jìn)入3D打印材料制(zhì)造领域(yù)时创立(lì)的品(pǐn)牌。截止到 2019年4月,「eSUN 易生」已经上市了超40种FDM材料、以及适用(yòng)于光固化3D打印的光敏树脂系列。还开(kāi)发了iSUN3D医疗鞋垫(diàn)3D打(dǎ)印系统系统,目前,公司(sī)产品拥有 REACH、RoHS、CE、ISO 等全系列认证,全球代理(lǐ)商累(lèi)计超50个,产品销往了100多(duō)个国(guó)家及地区。
目前,FDM(Fused Deposition Modeling,熔积成(chéng)型法)是市面(miàn)上成本最低,应用也(yě)最广的(de)3D打印技术,FDM工艺使用丝状材料,可选择多种材料进(jìn)行加工(gōng),包括聚碳酸酯、工(gōng)程塑料以及(jí)二(èr)者(zhě)的混合(hé)材料等。因而,也有公司专门针对FDM公司研发材(cái)料。
如36氪采访到的「Polymaker」,这是一家成立(lì)于2012年(nián),在工(gōng)程(chéng)塑料的3D打印材料(liào)在全(quán)世界范围都有较高(gāo)的知名度的公司,在中国、美国与荷兰均设立分公司,90%以上的产品销往(wǎng)美国、德国、日本(běn)等海外市(shì)场。同时,该公司也(yě)可以根据客户需求研发(fā)有针对(duì)性的材料,比如为(wéi)航空公司研制飞机上使用的阻燃材料。
另(lìng)外,同样以(yǐ)FDM线材为主的材料厂商还有「广州(zhōu)优塑(sù)」、「Elements 3D」、「青岛宏飞达」、 「深(shēn)圳市众景(jǐng)优品」、 「瑞贝思三维」、「辰岳科技」、「北(běi)京斯科瑞化工(gōng)」等。
除了FDM工艺,DLP和SLA技(jì)术也是非金属3D打印中的两种重要工艺(具(jù)体技术阐述将在后(hòu)文展开),它们使用的耗材则是光敏(mǐn)树脂。这类材(cái)料的(de)制造工艺难度以及成本都(dōu)相对(duì)较高,高质量液态光敏树(shù)脂仍然依赖进口也需要从国外进口。
在光(guāng)敏树(shù)脂材料(liào)研发(fā)生产领域,有「广州双力(lì)」这类(lèi)既生产_塑料丝和光敏树脂的公司,也有专注(zhù)光敏树脂(zhī)材料的公司,如「力邦新材(cái)料」、「正邦科技」、「雅(yǎ)霖特种(zhǒng)材料」等。另外,也会有3D打印设备和(hé)服务的公司会涉及到该材料(liào)的研发,如36氪(kè)曾报道的「塑(sù)成(chéng)科(kē)技」、「清(qīng)锋时代」、「UNIZ」。
除了这些主流材料(liào),也还有(yǒu)公(gōng)司把目(mù)光投向(xiàng)了特种材料(liào),如「飞亚新材料」开发了(le)聚芳醚醚腈(jīng)(PEEN)特种高分子材料、「随身科技」研发了石墨烯尼龙复合材料、「晗宇科技」开发了高(gāo)精(jīng)密度3D打印石蜡耗材。
2、非金属3D打印设备
现在主(zhǔ)流(liú)的非金属(shǔ)3D打印技术有:熔积成(chéng)型(xíng)法(FDM)、立(lì)体光固化成型技术(SLA)、数字(zì)光投影技术(DLP)、非金属激光粉(fěn)末烧结(SLS)。
(1)熔积成型法(FDM)
熔融沉积成型法(FDM,Fused Deposition Modeling),这种工艺是通过将丝状(zhuàng)材(cái)料(liào)如(rú)热塑性塑料(liào)、蜡或金属的熔丝从(cóng)加热的喷嘴挤出,按照零件每一层的预定轨迹,以固定的速率进行熔体沉积。主要(yào)用(yòng)途(tú)是塑(sù)料件(jiàn)、铸造用蜡(là)模(mó)、样件或模型制(zhì)造。但相(xiàng)对于其他(tā)几种工艺(yì),加工精度(dù)低、时间较长。
FDM不用激光,使用(yòng)、维护简单,成(chéng)本低,可以满足(zú)消费级客户的DIY要求,也能(néng)满足企业低价零件(jiàn)制造以及模型制(zhì)造的要求。
36氪曾(céng)报道过的(de)「创想三(sān)维」就是一(yī)家(jiā)桌面(miàn)级3D打印机厂商(shāng),主要提供用于家庭场(chǎng)景的FDM桌面级3D打印机硬件产品和耗材(cái),年出货量50万台,全年(nián)营收的 90% 以上来自于海外市场(chǎng)。除(chú)此之(zhī)外(wài),公司创想三维也研发了大型3D打印设(shè)备以及桌面级光固(gù)化打印机,在工(gōng)业级打印同(tóng)样也所有涉及。同样针对消费级桌面3D打印的公司,36氪还(hái)曾报道过「Snapmaker」。
除了(le)消费级桌面打印机,更多的公司瞄准的是FDM工业(yè)级3D打印市场。比如「弘瑞3D打印」、「复志Raise 3D」、「PMAX巨影(yǐng)」、「海芯科技(jì)」等(děng)。
(2)立体光固化成型(SLA)和(hé)数字光处理(DLP)
立体光固化成型(SLA),是使用激光束在(zài)液态树(shù)脂(zhī)表面勾画出物体的第一层形(xíng)状,然后制作平台下降一定(dìng)的距离(lí)(0.05-0.025mm之间),再让(ràng)固化层浸入液态树脂中(zhōng),如此(cǐ)反(fǎn)复。使用的树脂(zhī)是光敏树脂,激(jī)光(guāng)束(shù)照(zhào)射后会形成固态。
在SLA 3D打印(yìn)领域,「联(lián)泰科技」拥有较高的知名度,据其官网介绍(shào)联泰科(kē)技目前拥有国内立(lì)体光固化(SLA)3D 打印技术最大份额的(de)工业领域客(kè)户群,国内市场占有(yǒu)率(lǜ)超(chāo)过 60%。产(chǎn)品已被广泛应用(yòng)于手板 模具、鞋业、口腔医(yī)疗、文(wén)化创意、汽(qì)车、电子以及教育科(kē)研等多个应用及行业领域。
另外,「中瑞科技」也在光固化3D打印(yìn)机方面有所积累,尽管(guǎn)该公司SLA光固化、SLM选(xuǎn)区激光熔化、SLS尼龙粉(fěn)末烧结和FMS铸造(zào)砂模和AMC陶瓷都有打印设备,还提供相配套的3D打印材料(liào)和3D打(dǎ)印软件,但光固化3D打(dǎ)印机的种类最(zuì)多(duō)。同(tóng)时,公(gōng)司也有(yǒu)涉及SLM金属打(dǎ)印机(jī)。其他集(jí)中在SLA光固化3D打印的公司,还包括「东莞鸿泰」、「深圳金石(shí)」、「嘉兴善维(wéi)」、「佛山吗(ma)卡」。
数字光处理(DLP),使用的耗(hào)材和SLA一(yī)样,都是(shì)光(guāng)固化树脂。DLP与SLA最大(dà)的不同在(zài)于,DLP用的是投影仪的数字光(guāng)源(yuán),SLA用的是激(jī)光头(tóu)。正因为如此(cǐ),DLP一扫就是一片,SLA成形只能靠一个(gè)激光点。比较典(diǎn)型的企业有(yǒu)「迅实科(kē)技」,该(gāi)公司拥有针对珠(zhū)宝(bǎo)设计、齿科等多种行(háng)业应用的多(duō)款(kuǎn)打印(yìn)机。以及(jí)「黑格(gé)智造」,该公司以“DLP+”在(zài)智(zhì)能化、打印精度、成(chéng)型速(sù)度、稳定性、成型幅面上,相较于传统DLP有了(le)较(jiào)大的提升,让使用该技术的(de)设备更加适合大规模的终端产(chǎn)品(pǐn),包括(kuò)牙齿矫正(zhèng)套、消(xiāo)费(fèi)类电(diàn)子产品等的生产。
光固化技(jì)术相较于FDM来说,最主要(yào)的优势就是(shì)精度更高,速度更快。
目前3D打印企业仍然面对成本较高,盈利较难的困境。很大一部分原因就在于,打印速度(dù)难以跟上,效率较低。于是(shì)兼顾精度,提升速度的打印方案开始越来(lái)越(yuè)被关注,有企业对传统对光(guāng)固化(huà)技(jì)术进行革新已达到(dào)更快速度的目的。
10月中旬,美国西北大学在(zài)《Science》上发表了的新(xīn)一(yī)代高速、大尺寸、光(guāng)固化的3D打印技术HARP (high-area rapid printing)技术(shù)的技术论文。科(kē)学家们也以此创(chuàng)办了Azul 3D公司。
据南(nán)极熊3D打印报道,HARP技术采(cǎi)用垂直(zhí)打(dǎ)印,用紫外(wài)线将(jiāng)液态树脂固(gù)化为(wéi)硬化的塑(sù)料。此过程可(kě)以打印出坚硬、有(yǒu)弹性(xìng)甚至陶瓷。与其他3D打印技术常(cháng)见的叠层结构相反,这些连续打印的零件(jiàn)机械性能很好,可以用作汽车、飞机、牙科、矫形器、时尚(shàng)等等的零(líng)件。在打印(yìn)过程中,HARP采用液体聚四氟乙烯在(zài)接口上流动得以除去热(rè)量,然后通过冷却单元进行循环。
Azul3D称自己的HARP技术,已(yǐ)经突破了(le)Carbon3D的(de)CLIP技(jì)术打印(yìn)速(sù)度的最高纪(jì)录,Carbon3D是目(mù)前全球3D打印公司(sī)中估值最高的企业之一(yī)。它的(de)CLIP技术是(shì)利用一层透(tòu)氧膜,隔离光敏树脂液体和空气中的氧气,实现高速、连续(xù)的3D打印成(chéng)型。
2019年(nián)6月,Carbon获得了E轮的投资,融(róng)资规模高达2.6亿(yì)美(měi)元(yuán)(约18亿元(yuán)人(rén)民币),而估值则(zé)达到了24亿美元(165亿元人民币)。截止2019年10月,Carbon3D已经推出了最新(xīn)一代的高速(sù)量(liàng)产3D打(dǎ)印机L1,目标就是大批(pī)量(liàng)生产应用的。
在国内,也有企业在速度上下功夫。如36氪曾经报道过的「UNIZ」以(yǐ) LCD-SLA 光固化技术(shù)为(wéi)核心,加上其特(tè)有的Uni-Directional Peel(UDP,单(dān)向剥离)技(jì)术,使得其打印机的(de)精度和速度都能保(bǎo)持较高水平,号称3D打(dǎ)印速度可(kě)达1200mm/h以上。
还有此前提到(dào)的(de)「清锋时代」则研发了类似于光固化的LEAP技术,据称可将3D打印(yìn)速度(dù)提升百倍。该技术搭配公司(sī)研发的可量(liàng)产高性能弹性材料(liào)EM-11,将用于清锋时(shí)代(dài)3D打印(yìn)鞋(xié)底的批量生产。
同(tóng)样要用(yòng)3D打印技术量产鞋(xié)底的,还有「塑(sù)成(chéng)科技」,该公司采用(yòng)的是(shì)精度更高,速(sù)度更快的光固(gù)化打印技术,是传统(tǒng)速(sù)度的(de)60-90倍。
(3)其他非(fēi)金属(shǔ)3D打(dǎ)印技术
SLS,在(zài)行业内(nèi)叫做粉(fěn)末(mò)烧(shāo)结,其可(kě)用材料包括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙(lóng)等多种粉末材(cái)料。
在尼龙3D打印中,「华(huá)曙高科」是(shì)头部(bù)企业(yè),现(xiàn)有员(yuán)工超过280人,其(qí)中研发人员超过(guò) 40%,公司共申(shēn)请(qǐng)专利超(chāo)过(guò)百(bǎi)项,获得(dé)专(zhuān)利授权近百(bǎi)项,同时研发金属(shǔ)3D打印设备及尼龙等高分子3D打印材料。此(cǐ)外,该公司在金属3D打印领(lǐng)域也有所涉(shè)及。
3DP工艺与SLS工艺类似(sì),采用粉末材料成形,如陶瓷粉末,金属粉末。不同的是材料粉末不是(shì)通过烧结连接起来的,而是通过喷头用粘接(jiē)剂(如硅胶)将零(líng)件的截面“印刷”在材料粉末上面。如「宁夏共享集团(tuán)」就采(cǎi)用 3DP 工艺“逐层叠加、增材制造”,把铸造所用的砂芯(xīn)砂型直(zhí)接(jiē)打印(yìn)成形, 已经建设了3D打印(yìn)智能工厂。
三、3D打印服务
说(shuō)起3D打(dǎ)印服务(wù),这里我(wǒ)们将(jiāng)其拆分成两类,一类是3D打印供应链企(qǐ)业,它(tā)们为3D打(dǎ)印提(tí)供后处(chù)理等服务,为3D打印生(shēng)产提供相(xiàng)关软件(包(bāo)括控制系统)及相关解决方案;另一(yī)类则本身不生产3D打印所(suǒ)需的材料及打印(yìn)机产品,而是提供解决方案设(shè)计、直接的打(dǎ)印服务、以及(jí)交易平台(tái)。
(1)软件及系统(tǒng)解决方案供应商(shāng)
3D打(dǎ)印产线不仅需要3D打印(yìn)硬件产品,同样也需要(yào)软件系统的配合。多数3D打(dǎ)印设备厂商(shāng)会自行研发或是二(èr)次(cì)开发相关的软件系统。市面上仍有(yǒu)专(zhuān)业的(de)厂商,提(tí)供相关方案。
如新三板上(shàng)市公司(sī)「金橙子」科技自主研(yán)发了(le)3D打印控制系统,该公司的控制(zhì)卡(kǎ)集振镜控(kòng)制、激光控制、运动控制、传感器反馈于一(yī)体,并同时高精密校正方案、多机加工方案、多种路径规划方案;「 创必得科技」自主研发(fā)了赤(chì)兔(tù)系列(liè)主控系统和切片(piàn)软(ruǎn)件,最早实现了 3D 打印脱机控制及(jí)多机器分(fèn)布式控制系统解决方案(àn);「空灵(líng)智能」推出(chū)的主板品牌「魔印(yìn)」,该产(chǎn)品搭(dā)载了实时监控传(chuán)输技术(shù),和打环检测技术(shù),使得传统 3D 打印(yìn)机可以实现互联网(wǎng)打印同时拥有自我(wǒ)检测功能,客户可通过手机 app 对 3D 打印机进行远程操控。同样的3D 打印控制(zhì)系统(tǒng)供应商,还有(yǒu)「谦(qiān)辉信息」、「 晋原铭科技」。
(2)3D打印后(hòu)处理
3D打印后处理是3D打印重要的步骤,直接使用(yòng)3D打印出来的物品(pǐn)只是一(yī)个半成品,有些表面(miàn)会比(bǐ)较(jiào)粗糙,需要打(dǎ)磨(mó)抛光,有些需要喷涂、上色;金属制品需(xū)要退火(huǒ)、处气、固化。经过后(hòu)处理,3D打印产(chǎn)品才能最终(zhōng)送到客户手里。
今年10月,英国3D打印后处(chù)理初创(chuàng)公(gōng)司「Additive Manufacturing Technologies(AMT)」宣布完(wán)成(chéng)520万(wàn)美元的A轮融资。去年,德国专(zhuān)注(zhù)于(yú)SLS聚合物3D打(dǎ)印后处理创业公(gōng)司「DyeMansion GmbH」获得了500万美元的A轮投资。
国内后处理(lǐ)厂商并不多(duō),就在2019年10月,南极熊曝光了一(yī)个专门做尼龙/TPU等材(cái)料3D打印后处理的(de)国产厂(chǎng)商(shāng)——「东莞德为智能(néng)(DYEWIN)」。他们自主研发的3D打(dǎ)印零件表(biǎo)面处理(lǐ)及3D打印(yìn)零(líng)件染色等后(hòu)处理系统,这(zhè)一套清粉(fěn)+表面精细处理(lǐ)+染色的系(xì)统价格仅为国外同类(lèi)进(jìn)口产(chǎn)品的20%。此外,还有(yǒu)「 苏州诺曼比尔材料」专注(zhù)金属等材料的3D打(dǎ)印后处理。
(3)消费端3D打印服(fú)务(wù)及3D打印平台
在消费端(duān),有公司专(zhuān)注于3D设(shè)计(jì)软件和设计服务。比如(rú)「中望龙腾软(ruǎn)件」 就开发(fā)了3D One 系(xì)列三维创意设计软(ruǎn)件 ,主(zhǔ)要面对教育(yù)领域(yù)。另外面对教(jiāo)育市场的提供设计软件及相应解决方案(àn)的公司(sī)还有(yǒu)「 遨(áo)为数字技(jì)术(shù) 」、「乐(lè)伴(bàn)科技」、「 张飞打印」。
也(yě)有(yǒu)提供产品设(shè)计及打印(yìn)服务的公司,36氪此(cǐ)前曾(céng)介绍过(guò)聚焦(jiāo)“3D 打印+文创(chuàng)”的(de) 「 上(shàng)海极臻三维」, 此外聚焦3D技术消费领域的(de)产品化的公司还有(yǒu)「云迹(jì)创意(yì)设计」、「 3dans 蛋生」、「 紫晶立方科技 」
在3D打印平台方面, 36氪曾介绍过「云工厂」,“云工厂(chǎng)”的主(zhǔ)要业(yè)务线包(bāo)括3D打印、手板加工和机械加(jiā)工,开发设计了专用(yòng)于中小批量产品(pǐn)加工(gōng)的标准化流程,将传统制造和互联网连接(jiē),可(kě)以实现线上下(xià)单、自动报价、实时跟踪生产进度和(hé)快速交付产品的制造。
新三板上市企业「先临三维」也(yě)有(yǒu)3D打(dǎ)印服务(wù)的(de)子公(gōng)司「云打印」,云打印打造(zào)了“3D 打印+互联(lián)网(wǎng)+物联网(IOT)+人工智能(AI)”的技(jì)术(shù)平台,打造 C2M 和线上(shàng)线下(xià)相结合的 3D 打 印(yìn)分(fèn)布式服务模(mó)式。公司已在浙江、江苏、南等 全国(guó)多个省份的地方政(zhèng)府(fǔ)或园区合作,建(jiàn)立了十几家线(xiàn)下 3D 打印服(fú)务中(zhōng)心(xīn)。类似(sì)的提供 3D 打(dǎ)印(yìn)云平(píng)台的公司,还(hái)有「易速(sù)普瑞」、「南京 1001 号(hào)」、「创想智造 3D 打印网 」、「魔(mó)猴网」等。
此外,还有(yǒu)相关的垂直媒(méi)体服务于行(háng)业内外的3D打印关注者。比如(rú)「南极熊3D打印网」,该平台(tái)报道全(quán)球最新的3D打印资讯,定(dìng)期输出(chū)3D打印的(de)研究报告,举(jǔ)办(bàn)行业内(nèi)交流会议,也为(wéi)3D打印相(xiàng)关企业(yè)提供(gòng)咨(zī)询(xún)服务。与(yǔ)它类似,还有「3D打印世(shì)界」、「3D科学谷」、「3D打印技术参考」等。
四、3D打印的应用
3D打印的应(yīng)用(yòng)非常广泛,现今最(zuì)热门的当属医疗3D打印。
医疗3D打印有(yǒu)着数十(shí)亿美元的想象空间(jiān)。从(cóng)微小的细(xì)胞(bāo)组织,到大体积的骨骼,都是3D打印(yìn)未来的“战场(chǎng)”。
医疗(liáo)3D打印,首先是用计(jì)算(suàn)机(jī)建立三(sān)维模型,数据传(chuán)输至(zhì)打印机,由打印机逐层(céng)打印(yìn)截(jié)面,最后各截面粘合起来完成塑型。
我们可(kě)以(yǐ)从(cóng)落地的(de)难易程度,把医(yī)疗3D打印划分为两部分:
骨科植入(rù)物、口(kǒu)腔修(xiū)复、定制(zhì)化(huà)假肢、手术导板、内植入物,此类非生物3D打(dǎ)印技(jì)术,技术更为(wéi)成熟,更加(jiā)贴近(jìn)临床,应用(yòng)场景明确,是玩家们(men)主要聚集的细分(fèn)赛道(dào);细胞(bāo)组织甚(shèn)至器官组(zǔ)织的3D打(dǎ)印,还有漫长的技术研发之路,是医疗(liáo)3D打印(yìn)的(de)进阶阶(jiē)段,水(shuǐ)面上的国内玩家仅有五家(jiā)。(1)最引(yǐn)人(rén)注目的板块莫过于(yú)骨科植入(rù)物
公开(kāi)数(shù)据显示,骨(gǔ)科植入(rù)物占整个植入物市场规模的93%之(zhī)多,预计2022年(nián)骨(gǔ)科植(zhí)入物的市场规(guī)模高达290亿元。目前(qián)国内企业已经有一些产品获批上市,也有与医(yī)院合作手术的(de)成功案例(lì)。
国内主要集(jí)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(jī)磷灰石和聚乳酸复(fù)合材料,还有一(yī)些骨科辅助器械则采用的是(shì)石膏或(huò)树脂材(cái)料。
举几个例子,「爱(ài)康医疗」的3D ACT钛合金骨小梁(liáng)髋臼(jiù)杯(bēi)在2015年获得了(le)上市许可;「艾科赛龙」也聚焦3D打印骨科耗材,它(tā)的特点是(shì)具(jù)备介入式手术的导航板方案,帮助扫除手术盲区(qū);「 欧比雅」与广(guǎng)州(zhōu)医科大学附属第(dì)三医院(yuàn)合作,帮助一名有十年病史的踝关节(jiē)慢性(xìng)骨髓(suǐ)炎患(huàn)者置换病灶骨骼。
通常(cháng)我们(men)有一些(xiē)维度(dù)去评价(jià)骨科植入物(wù)的技术水平:材(cái)质的抗磨损性(xìng)能和生物相容(róng)性、孔隙率、摩(mó)擦系(xì)数、旋(xuán)转活动度(分(fèn)散(sàn)应力)、铰链机(jī)制(防脱易植入)、承重方式(损耗程度)、补块垫块的丰富性(骨缺损(sǔn)处理方案的丰(fēng)富性)、手术(shù)及翻修策略等等。
(2)风口上的(de)隐形牙套,正是3D打印的成果
3D打印的(de)另一个细(xì)分(fèn)赛道是数字化(huà)口腔修复,现在技术已(yǐ)经可以制作种植牙、义齿(chǐ)、正畸产品等等,还可以(yǐ)达成相(xiàng)关关节紊乱病的治疗修复(fù)。
隐形正畸正处于投资风口,正畸(jī)量在近几年来有(yǒu)着爆发式的增长,诊(zhěn)所(suǒ)的毛(máo)利率通(tōng)常(cháng)在50%-75%。而隐形正畸所用的(de)隐形牙套(tào),正是(shì)3D打印的成(chéng)果。
3D打印可以带给(gěi)用户个性化的精准(zhǔn)矫(jiǎo)形,扫描(miáo)仪(yí)掌(zhǎng)握(wò)数字化地口腔状况,建立个性化的(de)口内3D数字模(mó)型(xíng),从而生产(chǎn)出“量身定制”的隐形牙套。根据平安证券口腔报告测(cè)算,2017年中国国正畸病例大(dà)约(yuē)206万例,每例按12000元(yuán)计(jì)算,则中国正畸市场规(guī)模在(zài) 250亿左右。
对于义齿(chǐ)厂而言(yán),3D打印机不(bú)仅(jǐn)能够实(shí)现人工替代,还能够提高生产效率(lǜ)和(hé)品(pǐn)质。全国有4000多家(jiā)义齿厂,随着产业的升级、进口替代的加(jiā)速(sù),未来将有(yǒu)更多(duō)的3D打印(yìn)机进入义齿厂(chǎng),未来五年(nián)市场规模有望超10亿(yì)。
以(yǐ)往困扰口腔医生的是,初期设计的轮廓外形总是很难(nán)与最终得到的(de)修复体一致,而3D打印就很好地(dì)解决了这个问题。3D打印的目标修(xiū)复(fù)体导板,可以将(jiāng)修复蓝图可视化地呈现出来,根(gēn)据导(dǎo)板(bǎn)打印而成的修复体,可以做到(dào)高精准度,让“理想”和“现实(shí)”达成一致。
还有一些公司(sī)擅(shàn)长三维数据采集,为医院提供手术前规(guī)划(huá)方案,用可视化(huà)的图像模拟手术,帮助医生(shēng)更(gèng)好地(dì)操作演练。这个赛道上,「浙江德尔(ěr)达」的做法是,通过对病患(huàn)部位(wèi)的三维重建,设计手术导板,手术(shù)导板就像是一个“手(shǒu)术用的地图”,让(ràng)医生可以(yǐ)通(tōng)过实(shí)体(tǐ)模(mó)型来规(guī)划手术;「即刻叁(sān)医疗」将3D技术应用在了血(xuè)管(guǎn)外科、肝胆(dǎn)外、肿瘤、颌(hé)面外(wài)科。
数字化口腔赛道的公司相对较多,包括此前文章提及的「迅(xùn)实科技(jì)」、「瑞通(tōng)生物」、「UNIZ」、「 黑格智能」、「精唯信(xìn)诚」、「长朗(lǎng)智能」等。
(3)世界首颗3D打印(yìn)心脏(zāng)诞生
"医疗3D打印的进阶(jiē)阶(jiē)段(duàn)",就(jiù)是细胞组织甚至器官组织的3D打印。
今(jīn)年4月15日,以(yǐ)色列特拉维夫(fū)大(dà)学研究(jiū)人员宣布成功3D打(dǎ)印出(chū)世界首(shǒu)颗“完整”心脏的新闻轰动全(quán)球。一夜之间,“3D打印(yìn)器官”仿佛触手可及(jí),器(qì)官(guān)移植供体紧缺似乎不再是问(wèn)题。
然而冷静下(xià)来,我们会发现(xiàn):这个“心脏”很小,并非人(rén)类尺寸(cùn);血(xuè)管系(xì)统(tǒng)并(bìng)不完(wán)整,毛(máo)细血管未(wèi)被打印出来;此“心脏”尚不具备(bèi)泵血功能(néng)。
尽(jìn)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,仍然引起了巨大的轰动。为什么呢?答案是,它与组织工程构建技(jì)术有关。
经典组织工程构建首(shǒu)先需要两类材料——种子细胞和(hé)支(zhī)架材料。支架材料顾名思义(yì),起到的即“支(zhī)撑”作用。它为种子细胞提供生长和(hé)发挥生物学功(gōng)能的场(chǎng)所(suǒ),需要具有模仿(fǎng)天然组织的构建性能。种子细胞则是在支架材(cái)料上联结、生长成所需组织、器(qì)官的单位。
怎样的支架(jià)材(cái)料无(wú)毒、无(wú)免(miǎn)疫原性,具有良(liáng)好的生物相容(róng)性、合适的生(shēng)物降解性,同时适合细胞生(shēng)长?怎(zěn)样获得多功能干细胞(bāo),并使其定(dìng)向分化成所需的(de)种(zhǒng)子细胞(bāo)?如何(hé)维持所获组织、器官的细胞(bāo)活(huó)性?怎(zěn)样令(lìng)打印出的(de)组织/器件功能化?这些都是摆在科学家和企业面前(qián)的问题。
特拉维(wéi)夫(fū)大学研究人员即是解决了部分这(zhè)些问(wèn)题后(hòu),打印出了(le)具有细(xì)胞、血管、心室和心房的“完整”心脏。这同时意味(wèi)着,结构(gòu)更简单(dān)的耳朵、气(qì)管、血(xuè)管(guǎn)等组(zǔ)织器官可以完(wán)全(quán)重现。无排异的组(zǔ)织(zhī)移植或许能先一(yī)步到来(lái)。
目(mù)前,36氪(kè)收集的公开资料(liào)显示,全球生物3D打印的市(shì)场规模在30亿元左右,全球领先的生(shēng)物3D打印公司包(bāo)括(kuò)美(měi)国的「Organovo」、日本的「Cyfuse Biomedical」、加拿大的(de)「Aspect Biosesystems」等。而国内从事(shì)器(qì)官、血管等组(zǔ)织工程(chéng)3D打印的企业,仅有数家,分别(bié)为:「上普生物」、「迈普医学」、「捷诺飞生物科技(jì)」、「尤尼科技」、「蓝光英诺」等。
FDM和光固化是目前较为主流(liú)的打印技术,上述”心脏“即是(shì)FDM技(jì)术下打印出来(lái)的(de)。光(guāng)固化技术(shù)的优(yōu)势在于成型容(róng)易(yì),但是容易产生毒性问(wèn)题(tí)。
细胞打印产业(yè)化的难点,除了技术,还(hái)有伦理道(dào)德乃至(zhì)风险控制(zhì)。社会对此类产(chǎn)品(pǐn)的接受程度(dù)、生产过程(chéng)中可能带来的病毒等风(fēng)险,也在一定(dìng)程度上制约了行业的发(fā)展。
据悉,现在(zài)企业提供的业务(wù)多为:生物3D打印机(jī)的定制、售卖;生物(wù)墨水等其他耗材(cái)的定制(zhì)、售卖;生(shēng)物(wù)仿真模(mó)型(xíng)的打印服务(wù)等。目前行业内可降解组织工程支架的打印相对成熟,细胞、组织、器官的3D打印处于科(kē)研应用阶段的居多。
短期上(shàng)看,生物(细胞)3D打印比较现实的落地场景在于(yú),打(dǎ)印具有单一功(gōng)能的类组织来进行体外(wài)药检、病(bìng)毒(dú)理(lǐ)测试,乃至化妆品(pǐn)、保健品的效果测试。往远了(le)看,即(jí)最(zuì)终(zhōng)应是实(shí)现器官移(yí)植,造福(fú)人(rén)类。
随着技术的日益成熟,3D打印产品的生产制作或许将不再(zài)是(shì)最大难题。行业玩家们(men)共同(tóng)面临的(de)问题,其实是政策审(shěn)批(pī)的问题。
由于医(yī)疗3D打(dǎ)印产(chǎn)品可能会直(zhí)接用于人体,且产品都是根据患者情况(kuàng)个性化(huà)定制的(de),每位患者(zhě)的情况都会有(yǒu)所不(bú)同,所以对它的审(shěn)批(pī)是非常严格谨(jǐn)慎的,相关政策滞后于技(jì)术。
3D打印产品以往没有适用的取证规(guī)范,定(dìng)制化的产品导致取证成本很大,用在每一(yī)个身(shēn)体部位都需要申请(qǐng)一张医(yī)疗器械证(zhèng),取证成本(běn)极高。
最新(xīn)的动态是(shì),今年7月国家出台了(le)一项新政策,预计能为医疗3D打(dǎ)印带来强(qiáng)心剂。
这项(xiàng)新(xīn)政是(shì)《定制式医疗(liáo)器械监督管理规定(dìng)(试行)》,规定了定制式(shì)医疗器械的备案管理、设计加工、使用管理、监督管(guǎn)理的(de)规范(fàn),从明年1月1日起施行。
纵观整个3D打印市场,其应(yīng)用范围(wéi)非常广泛,从医用至工业至(zhì)消费,都可以看(kàn)到3D打(dǎ)印的身影。
医(yī)用领(lǐng)域包括医用手术导(dǎo)板、医疗植入物、齿科模型及(jí)相(xiàng)关矫正设备、金属牙冠等(děng)物件的制(zhì)造;
工业方面,有工业(yè)产(chǎn)品设计(jì)开发、复杂小型金属精密零件、航空(kōng)航天复杂金属构件、飞机(jī)大型(xíng)复杂金属构件、航空航(háng)天领域用工程塑(sù)料零部件、汽车、家电(diàn)等领(lǐng)域(yù)零部(bù)件(jiàn)制造(zào)、铸造用蜡(là)模制作以及(jí)建筑建(jiàn)造;
在消费领域则包括(kuò),手(shǒu)办制(zhì)作、珠宝设计与制作、创(chuàng)意产品制作与生产、以及食品制作等。
这篇文章,36氪只(zhī)盘点(diǎn)了最热门的医(yī)疗3D打印。接下(xià)来,36氪还将聚焦3D打(dǎ)印在其他行(háng)业的应用,进行分析和盘(pán)点。