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(chǔ),將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術(shù),體現(xiàn)了信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與先進(jìn)材料技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)的密切結(jié)合，是先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分。當(dāng)前，增材制造技術(shù)已經(jīng)從研發(fā)轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，其與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(biāo)志性技術(shù)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(diǎn)重點(diǎn)培育，推動增材制造技術(shù)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新材料技術(shù)、新設(shè)計理念的加速融合，力爭搶占未來科技和產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。

一、增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

增材制造技術(shù)起源于美國。1983年，美國科學(xué)家查爾斯•胡爾（Charles Hull）發(fā)明光固化成形技術(shù)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(shè)備，全球進(jìn)入增材制造時代。隨后，熔融沉積成形技術(shù)（FDM）、激光選區(qū)燒結(jié)（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(jì)80年代末，我國啟動開展增材制造技術(shù)的研究，研制出系列增材制造裝備，并開展產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。1988年，清華大學(xué)成立了激光快速成形中心。1993年，國內(nèi)第一家增材制造公司——北京殷華快速成型模具技術(shù)有限公司成立。隨后，華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校開展增材制造技術(shù)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(shè)備，同年5月，國內(nèi)首臺工業(yè)級增材制造設(shè)備——激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）設(shè)備樣機(jī)研發(fā)成功。2015年，為加快推進(jìn)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(jìn)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)�？焖僭鲩L

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(wù)提供商以及一批消費(fèi)級增材制造設(shè)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(dá)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(dá)國家和地區(qū)主導(dǎo)，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(lǐng)技術(shù)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(shù)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用走在世界前列。俄羅斯憑借在激光領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，積極發(fā)展激光增材制造技術(shù)研究及應(yīng)用。日本全力振興增材制造產(chǎn)業(yè)，借助增材制造技術(shù)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(shè)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(shè)備保有量占有率居首，高達(dá)37.8%，相比2014年下降了0.3個百分點(diǎn)。德國設(shè)備保有量占有率達(dá)居其次，高達(dá)9.6%，相比2014年下降了0.1個百分點(diǎn)。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(diǎn)。

（三）應(yīng)用范圍不斷拓展

近年來，增材制造技術(shù)廣泛應(yīng)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(lǐng)域，越來越多的企業(yè)將其作為技術(shù)轉(zhuǎn)型方向，用于突破研發(fā)瓶頸或解決設(shè)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(yīng)用格局來看，工業(yè)機(jī)械（19.9%）、航空航天（16.6%）、汽車領(lǐng)域（13.8%）、消費(fèi)品/電子產(chǎn)品（13.1%）、醫(yī)療/牙科（12.2%）的等領(lǐng)域的應(yīng)用居前五。與2014年相比，在工業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用提升了2.4個百分點(diǎn)，在學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用提升了2.3個百分點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用提升了1.8個百分點(diǎn)。但在消費(fèi)品/電子產(chǎn)品、汽車、醫(yī)療/牙科、政府/軍隊等領(lǐng)域的應(yīng)用分別降低了3.5、2.3、0.9、0.7個百分點(diǎn)。

（四）企業(yè)并購持續(xù)進(jìn)行

隨著一大批企業(yè)進(jìn)入增材制造領(lǐng)域，全球范圍內(nèi)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(lǐng)導(dǎo)者的地位。2013年，Stratasys收購消費(fèi)級增材制造市場著名廠商Makerbot，擴(kuò)張勢力版圖。2014年，Stratasys出資1億美元收購全球最大的3D設(shè)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(wù)。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(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)，僅在2009到2013年的5年間，3D Systems收購增材制造設(shè)備制造商、專用材料生產(chǎn)商、設(shè)計公司、軟件開發(fā)商、3D掃描儀制造商、服務(wù)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(yīng)用向增材制造裝備及服務(wù)供應(yīng)商轉(zhuǎn)變。GE公司2010年開始布局增材制造技術(shù)，通過不斷并購實現(xiàn)從增材制造用戶方到服務(wù)提供方的轉(zhuǎn)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(lǐng)域的佼佼者。

（五）國外重點(diǎn)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(guān)規(guī)劃政策的引導(dǎo)和支持下，我國增材制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，裝備性能顯著提升，應(yīng)用領(lǐng)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(kuò)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(gòu)成看，增材制造裝備、材料和服務(wù)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(nèi)領(lǐng)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(jì)發(fā)展優(yōu)勢、區(qū)位條件和較強(qiáng)的工業(yè)基礎(chǔ)，已初步形成了包括增材制造設(shè)備研究開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用服務(wù)及相關(guān)配套設(shè)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(cè)重于應(yīng)用服務(wù)，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(shù)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(shè)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(yīng)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(shè)備制造及修復(fù)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，初步成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)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(yīng)用范圍不斷向醫(yī)療、建筑、服裝、食品等行業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展。西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司針對航空航天極端復(fù)雜的精密構(gòu)件加工制造問題，利用SLM技術(shù)解決了隨形內(nèi)流道、復(fù)雜薄壁、鏤空減重、復(fù)雜內(nèi)腔、多部件集成等復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題，每年可提供復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)件8000余件上海電氣集團(tuán)股份有限公司依托“3D打印打印燃?xì)廨啓C(jī)軸向旋流器工業(yè)化應(yīng)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?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵零部件的原型設(shè)計與優(yōu)化。在核工業(yè)領(lǐng)域，中廣核集團(tuán)“金屬3D打印應(yīng)用于核電領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)研究”取得重大成果，利用激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)制造核電站復(fù)雜流道儀表閥閥體，該閥體的材料化學(xué)成分滿足國際核電標(biāo)準(zhǔn)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(wù)支撐體系逐步完善。為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)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(zhì)量監(jiān)督檢驗中心等行業(yè)組織相繼成立，我國服務(wù)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(shù)和裝備的研發(fā)、應(yīng)用，建設(shè)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(yīng)用重點(diǎn)。國家相關(guān)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(jìn)計劃（2015-2016年）》，科技部實施《國家重點(diǎn)研發(fā)計劃增材制造與激光制造重點(diǎn)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(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)意見，指導(dǎo)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(jìn)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(qiáng)的國際龍頭企業(yè)，國內(nèi)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(lǐng)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(yīng)商少，高性能材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。目前國內(nèi)只開發(fā)出鈦合金、高強(qiáng)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(guān)鍵裝備和核心器件依賴進(jìn)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(dá)國家還有較大差距，關(guān)鍵裝備與核心部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口的問題依然較為突出，如高光束質(zhì)量激光器及光束整形系統(tǒng)、高品質(zhì)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(xué)器件、陣列式高精度噴嘴/噴頭等嚴(yán)重依賴進(jìn)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(shè)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(nèi)仍處于起步階段，有些軟件甚至處于空白。

4．行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不健全。雖然我國已提出增材制造領(lǐng)域的7項國家標(biāo)準(zhǔn)，但尚未建立起涵蓋設(shè)計、材料、工藝設(shè)備、產(chǎn)品性能、認(rèn)證檢測等在內(nèi)的完整的增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的缺失，很大程度上制約了增材制造技術(shù)成果的累積、固化和推廣應(yīng)用，未能架起技術(shù)和產(chǎn)業(yè)銜接的橋梁，減緩了產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程。

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

6．應(yīng)用推廣有待加強(qiáng)。目前，我國對增材制造技術(shù)的認(rèn)識依然不足，創(chuàng)新應(yīng)用能力還不夠強(qiáng)，加之工業(yè)級增材制造設(shè)備的昂貴成本和維護(hù)費(fèi)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(jìn)行較長時間的市場培育。在金屬增材制造領(lǐng)域，受困于“功能優(yōu)先”設(shè)計理念等因素的影響，如何進(jìn)一步加快應(yīng)用推廣仍舊還需進(jìn)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(fù)合增長率為26.2%，其中，2012-2014年的CAGR高達(dá)33.8%。按照產(chǎn)業(yè)生命周期理論，預(yù)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(yù)測，2016-2020年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)將保持22.3%的年復(fù)合增長率，至2020年全球增材制造產(chǎn)值將達(dá)289億美元。麥肯錫預(yù)測，到2025年全球增材制造產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生高達(dá)2000-5000億美元經(jīng)濟(jì)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(yùn)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(shù)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(lǐng)域，已經(jīng)展現(xiàn)強(qiáng)勢增長勢頭。據(jù)統(tǒng)計，2015年全球金屬增材制造設(shè)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(lǐng)域?qū)�金屬增材制造的需求十分旺盛，�?yīng)用端呈現(xiàn)快速擴(kuò)展態(tài)勢。

（三）融合發(fā)展助推規(guī)�；瘧�(yīng)用
增材制造技術(shù)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(fù)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(chǔ)的傳統(tǒng)制造技術(shù)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(yīng)模式、商業(yè)模式加以補(bǔ)充和革新。隨著增材制造技術(shù)的不斷成熟和軟件系統(tǒng)完善，將會在設(shè)計、生產(chǎn)過程控制、后處理等當(dāng)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)模化應(yīng)用。

（四）應(yīng)用的深度和廣度持續(xù)拓展
從應(yīng)用細(xì)分領(lǐng)域來看，在工業(yè)領(lǐng)域，增材制造技術(shù)的應(yīng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)件設(shè)計及制造領(lǐng)域。同時，在造型評審、設(shè)計驗證、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、多材料復(fù)合零件、輕量化結(jié)構(gòu)零件、定制專用工裝、表面修復(fù)、個性換裝件等方面的應(yīng)用越來越多。在生物醫(yī)療領(lǐng)域，依據(jù)患者醫(yī)學(xué)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(shù)前模擬等應(yīng)用，未來或?qū)�從“非活體”打印逐步進(jìn)階到“活體”打印轉(zhuǎn)變。

來源：賽迪智庫