近期英國《自然》雜志發表的一項研究成果表示,瑞士和美國研究人員首次使用一種新技術,把3D打印與激光掃描和反饋機制相結合,成功打印出具有骨骼、韌帶和肌腱的機器人手。這一技術為柔性機器人結構的生產開辟全新可能性。
3D打印作為制造業領域正在崛起的一項新技術,由于對現有生產形式的顛覆和生產效率的大幅提升,甚至被認為是具有“工業革命”般意義的存在。
與傳統的工業生產不同的是,3D打印不需要模具和機械加工,通過對數字模型掃描和分層處理,將材料疊加形成實體模型,是典型的增材制造。既簡化了生產流程,降低了用料和人力成本,又提高了材料利用率。在個性化生產、生產預測和材料融合等方面更是優于傳統制造。
從市場規模看,當前3D打印無疑處在藍海賽道。2017-2022年行業復合增速為26.7%,市場容量也達到了320億。且自2023年增速再次加快,預計2026年將超過1100億,期間復合增速也超過了36%。而提速的關鍵是預期商業化能夠快速落地。
當前國內3D打印產業多應用在工業級的金屬增材領域,技術壁壘較高,占比在65-70%之間,尤其在航空航天領域*為成熟,能夠縮短設計和測試發動機周期,減輕零部件重量,提高燃料效率等,且兼顧了安全與性能,價格敏感度較低。其次是汽車和醫療。
01、市場規模
我國初步建立涵蓋增材制造材料、工藝、裝備技術到重大工程應用的全鏈條技術創新體系,相關技術研究涉及從光固化材料的原型制造(產品開發)到大尺寸金屬材料的增減材一體化制造(裝備應用)的完整環節,包括各類工藝的增材制造裝備與增材制造數據處理、各類成形工藝的路徑規劃軟件、模擬增材制造過程物理化學變化的數字仿真軟件、數字孿生體建模仿真、空間原位增材制造等。
我國增材制造產業規模實現快速擴張,根據相關統計數據顯示,產業產值已由2012年的10億元增長到2016年的80億元,并遞增至2022年的320億元,預測至2025年將達到630億元,2016-2025年CAGR約為25.77%。當前我國增材制造產業鏈的企業也超過了千余家,以增材制造為主營業務的規上企業數量從2016年的20余家增長到2022年的近200家,其中營收過億的企業數量從2012年的3家增長到2022年的42家。
2022年我國增材制造的專用材料、零部件、裝備和服務各環節的營業收入分別占到了12.4%、5.9%、53.2%和26%,裝備領域占據半壁江山,服務及材料占比也較高。且2022年我國增材制造裝備的出口達到了228.7萬臺,與2019年相比增長了59.7%,出口金額達到了36.6億元,標志著我國的增材制造裝備在國際上的認可度和知名度不斷提高。
02、空間分布
我國增材制造產業呈現大、中、小企業融通發展格局,國內增材制造設備供應商積極轉向自主創新發展,龍頭企業具備了參與國際市場競爭的技術能力,在空間布局上初步形成以京津冀地區、長江三角洲(長三角)地區、珠江三角洲(珠三角)地區為核心,中西部地區為紐帶的增材制造產業發展的空間格局,產業園、孵化器、創新中心等載體集聚性凸顯,區域性產業鏈集聚優勢逐步體現。
截至2022年,我國共有20多個增材制造類產業園區,其中,處于正常運營狀態的產業園區有11家,企業獨立產業園區3家,建設中產業園區2家,另有4家產業園區停止運營,4家產業園區改做其他行業。
03、專利情況
我國增材制造產業起步較晚,在2010年之前的專利申請數量較少,2010年之后隨著各大科研院所和高校積極參與研究、各大公司積極布局,專利申請數量增長較快,2020年以來,我國增材制造行業專利授權數量有所下降,但是*指標數量仍較大。
我國增材制造專利申請主要聚焦在增材制造材料領域,是全球*大增材制造材料專利申請國,專利申請量達到3079項,占全球增材制造材料專利總申請量的55.88%,隨之是美國、歐盟和韓國。
從專利申請來源區域來看,廣東省為中國當前申請增材制造材料專利數量*多的省份,累計申請數量達581項。江蘇、北京、上海、浙江累計申請增材制造材料專利數量均超過200項。中國當前申請省(市、自治區)增材制造材料專利數量排名前十的省份還包括福建、山東、四川、陜西和湖北等。從申請人來看,截止2022年,皇家飛利浦電子股份有限公司累計申請3D打印材料專利數量為77項,位于全球*,中國的科學院化學研究所、中石油化工、同濟大學、浙江大學等七大企業與科研院所進入全球增材制造材料技術專利申請量*0行列,表明中國在增材制造材料技術領域具有*優勢。
04、未來趨勢
總體來看,我國處于全球增材制造產業*梯隊,初步建立涵蓋材料、工藝、裝備技術到重大工程應用的全鏈條技術創新體系,在全球產業發展格局中占據重要地位。展望未來,增材制造產業發展有以下幾大趨勢:
1.增材制造有望成為未來三大主流制造工藝之一,隨著“工業4.0”不斷推進,增材制造與數字技術融合為產品的個性化定制、復雜結構件制造提供重要手段,且產業整體規模保持20%以上增速增長,市場空間不斷擴容。
2.國產替代成行業發展一大趨勢,整體供給能力將得到全面提升,且部分領域在全球具備競爭優勢,隨著原料、設備、服務等領域專利到期,國產化替代成國內企業主要發展方向之一,國產設備逐步向大而精兩極方向發展。
3.以下游應用為核心的重點領域持續創新,生物醫藥、醫療器械制造、航空航天、武器裝備、汽車制造、大型高性能復雜結構件的增材制造、空間增材制造等前沿技術裝備持續創新,工業增材制造及金屬增材制造仍是未來行業研發熱點。
4.產業生態不斷完善,基礎數據庫完善、產業標準化建設、產業應用拓展、創新服務平臺搭建等加速推進,自主可控的產業鏈條和協同融合的產業生態逐步建立。