10月22日,在“直通乌镇”全(quán)球互联网大赛总决赛上,3D打印公(gōng)司「LuxCreo清(qīng)锋时(shí)代(dài)」获得(dé)了(le)大赛冠军(jun1)。同月,专攻(gōng)数字化齿科3D打印机(jī)的「迅实科(kē)技」,宣布(bù)完成过亿元(yuán)人民币的B轮融资。
8月(yuè)8日,「LuxCreo清锋(fēng)时代」宣布完成KPCB领投,北极光创投(tóu)、顺为资本跟投的3000万美元(yuán)B轮融资。 8月(yuè)26日,研发微纳米级3D打印设备及材(cái)料的「摩方(fāng)材(cái)料」完成1亿人民币A+轮融(róng)资。
在过去(qù)的(de)两个(gè)月里,3D打印企业吸引了不少市场关(guān)注。此前(qián),36氪也曾经对2018年、2019年(nián)的两年来3D打(dǎ)印领(lǐng)域的投(tóu)融(róng)资情(qíng)况以及目前3D打印整个产业状况进行了分析。(详情请(qǐng)看(kàn):发明30年后(hòu),3D打印现状如何?)
继(jì)续3D打印(yìn)的话题,国内3D打印领域主(zhǔ)要有哪(nǎ)些玩家(jiā)组成(chéng)?相信读完这篇(piān)文章(zhāng),你一定能(néng)得出(chū)答(dá)案。
3D打印是什么?
3D打印(yìn)是增材制造的另一种说法(fǎ),它是(shì)以(yǐ)数字模型为基础,将材(cái)料逐层堆积制造(zào)出实体(tǐ)物品的(de)新兴制造技术。增材制造可(kě)节约制造材料(liào)和加工(gōng)时(shí)间,制作形态万千的物品(pǐn),实现制造的(de)个性化(huà)和定(dìng)制化。增材制造实现(xiàn)了制造方(fāng)式(shì)从等(děng)材、减(jiǎn)材到增材的转(zhuǎn)变,改变了传统制(zhì)造(zào)的工艺流程、生产线、工厂模(mó)式、产(chǎn)业链组(zǔ)合,被认为(wéi)是制造领域极具(jù)代表的颠(diān)覆性技术。
为抢占增材制造技术(shù)及产业发(fā)展先(xiān)机(jī),多个国家和地区将其列为重点发展(zhǎn)方向,制定了相关(guān)规(guī)划及扶持政策。
按3D打印产业链,可以根据上中下游分为(wéi)3D打印材料、3D打印设备、3D打(dǎ)印服(fú)务、以及3D打印应用。而(ér)按(àn)照3D打印原材(cái)料的则可(kě)以分为金属3D打印和非金(jīn)属(shǔ)3D打印两大类;按照应用上的区别又可以分为工业级3D打印、特种打印(yìn)等。
在这份行业图(tú)谱(pǔ)里,我们(men)将(jiāng)整个3D打印行业拆分成金属(shǔ)3D打印和非金属3D打印两(liǎng)大类(lèi),并以相关的打印技(jì)术和应(yīng)用范围为细分(fèn)项为大家盘点整个(gè)市场的企业格局。
一、金属3D打印
1、金属3D打印材料
与(yǔ)普通材料不(bú)同的是(shì),3D打(dǎ)印(yìn)材料需(xū)要应用特有的技术进行制备,来满足3D打印产品及3D打印设(shè)备对材料的特殊要求。根据所使用的3D打印技术的不同、制造的零件用途不同,所需要的材料也(yě)不(bú)相同。
金属3D打印(yìn)材料主要(yào)是金属粉末,主要材质包括钴(gǔ)基合(hé)金(jīn)、不锈钢、工具钢、模具(jù)钢、镍(niè)基合金、钛(tài)及(jí)钛(tài)合金,以及(jí)各系铝合金等(děng)。
据有关(guān)数据分析报(bào)告显示,未(wèi)来(lái)市场(chǎng)3D复合打印材料的规模将不断(duàn)增加,金属材料的(de)应用(yòng)也会逐年上升,预计2022年复合材料有(yǒu)望达到1.11亿美元,3D打印(yìn)金属材料的市场规模达(dá)到8亿美(měi)元,金(jīn)属材(cái)料的研发生产将有更(gèng)广阔(kuò)的市场空间(jiān)。
在金(jīn)属(shǔ)3D打印材料领域,有公司仅针对特定(dìng)领域(yù)提供专业材料。如「中(zhōng)航迈(mài)特」,主营业务业务(wù)就是航空航天金(jīn)属 3D 打(dǎ)印粉末材料研发和(hé)生(shēng)产,年产(chǎn)能将达至(zhì)少1000吨(dūn);以(yǐ)及「融(róng)天航空器材」代理(lǐ)来自美国、欧(ōu)洲的航(háng)空用3D打印金属粉末。
更(gèng)多(duō)的(de)厂商(shāng)是生产通用(yòng)性的金属(shǔ)粉末产品。如「纳(nà)联材料」生产适用于SLM、EBM、DED 等技术的基(jī)合金、不锈钢、工(gōng)具钢、模具钢、镍基合金、钛及钛合金金属粉末材料;同类公司还有「宇光飞(fēi)利(lì)金(jīn)属材料」、「金源智能技术」、「微纳增材技术」、「康(kāng)普(pǔ)锡威科技(jì)」、「英纳特纳米(mǐ)科技」、「优材科技」、「中体新材料」、「上海状迈」等。
此(cǐ)外,还有部分兼(jiān)备打印设备和材料的公司,将在下(xià)文进行讨论。
2、金属3D打印装备
现在主流(liú)的金属3D打(dǎ)印技术有:激光选区熔化(SLM)、激(jī)光近净(jìng)成型(xíng)(LENS)和电子(zǐ)束选区熔化(EBSM)技术、直接能量沉积(DED)技(jì)术(shù)以及电(diàn)子束熔(róng)丝(sī)沉积(EBDM)。
来源:国(guó)家增(zēng)材制造产业(yè)(3D)发展推进计划(2015-2016年)
(1)激光选区熔化(SLM)
SLM是目前金属3D打印(yìn)成型中最普遍的(de)技术,其工(gōng)作原理为:计算机将物(wù)体的三维数据转化为一层层截面 2D数据(jù)并传输给打印机,打印(yìn)过程中,在基板上(shàng)用刮刀铺上设定层厚的(de)金属粉末,聚焦(jiāo)的激光在扫描振镜的控制下按照事先规划好的路径与(yǔ)工艺参数进行扫(sǎo)描(miáo),金属粉末在高(gāo)能量激光(guāng)的照射下其发生熔化,快速凝(níng)固,形成冶金(jīn)结合层。当一层(céng)打印(yìn)任务结束后, 基板下降一个(gè)切片层厚高度,刮刀继续进行粉(fěn)末铺平,激(jī)光扫描加(jiā)工,重复(fù)这样的(de)过(guò)程直至整个零件打印结束(shù)。(引用自铂力(lì)特招股书)
该技术的优势在于可以(yǐ)广泛应(yīng)用于复杂(zá)形(xíng)状的金属(shǔ)零件的批量生(shēng)产,而且大多数金属粉末都(dōu)适用于这种技术,包括钛合金、铝合金、高温合金、铜合金(jīn)、钴铬合金、 不锈钢、高强(qiáng)钢、模具钢(gāng)等,得到的零件致密度几近100%。
3D打印(yìn)领(lǐng)域唯(wéi)一的科创(chuàng)板公司「铂力特」的自研设备就以SLM 3D打印机为(wéi)主,其招股说明书(shū)显示其SLM设备成形机时累(lèi)计(jì)突破(pò)50万小时。在打印材料方面(miàn),铂力特在开发了数种传统(tǒng)钛合金(jīn)、 铝合金等材料(liào)基础上,成功研发增材制(zhì)造专用新型钛合金粉末TiAM1、铝合金粉末AlAM1。
以及主要面(miàn)向航天(tiān)、航空、航海、核电等高端制造领域(yù)金属3D打印服务的「鑫(xīn)精合」同样(yàng)也(yě)是主(zhǔ)要利用SLM技术进行服务。此外(wài),该(gāi)公司还(hái)掌握激光沉积制造(LDM)的工艺技术(shù),目前拥有50 台(tái)自主研(yán)发的系列化金属选(xuǎn)区熔化设,11台超(chāo)大型(xíng)号自主研发的金属沉积(jī)制造(zào)设(shè)备,在职人员 600余人(rén)。
另外,在金属(shǔ)(SLM)3D打印领(lǐng)域,还有如「广(guǎng)东汉邦(bāng)科技」、「永年激光」、「易加三维」、「易博三维」、「西帝摩(mó)」等。
(2)其他金属(shǔ)3D打(dǎ)印技术
LENS(Laser Engineered Net Shaping)是一种基于同步送粉的(de)激光熔覆沉积技术,激光(guāng)束在控(kòng)制下,按(àn)照预(yù)先(xiān)设定的路径,进行移(yí)动;同(tóng)时,粉末喷嘴将(jiāng)金属粉末直接输送(sòng)到激光光斑下,使之由点到线、由线到面的(de)顺序凝固,从而完成一个层截(jié)面的打印工作,这样层(céng)层叠加(jiā),制造出近净形(xíng)的零(líng)部件实(shí)体。使(shǐ)用该技术的打印机(jī)通常会(huì)与相应的CNC铣削单(dān)元混合使(shǐ)用。
美(měi)国的「Optomec」上世纪九十年代末开(kāi)始集中于(yú)LENS技术的商业开发,可以(yǐ)做(zuò)到以五(wǔ)个运动轴(zhóu)移(yí)动装置逐渐建立3D金属物(wù)体,今年3月推出了两款新的独立(lì)系统LENS CS 600和CS 800。国内比较典型的公司是「大连海博瑞思科技」,该公司(sī)融合了(le)LENS技(jì)术,研发了五(wǔ)轴混合加工制造技术,生产了相关(guān)设备并提供相(xiàng)对应的解决(jué)方案(àn)。
电(diàn)子束选区熔化(EBSM/EBM)是通过在(zài)真空环境下使用电(diàn)子束扫描、熔化(huà)粉末材料,逐层沉积制(zhì)造3D金属零件(jiàn)的工艺,相(xiàng)对于(yú)SLM技术加工效率更高,成本也更低,但(dàn)技术难度相对更高。
最早将该技术(shù)商业化的是瑞(ruì)典的(de)「Arcam AB」公(gōng)司,国内则有「智束科技」,该公司核(hé)心技(jì)术与团队均来(lái)源于清华大学,开发(fā)了(le)具有自(zì)主知识产权(quán)的EBSM金(jīn)属3D打印装备,该技术可广泛应用于航空航天高性能(néng)复杂(zá)零部件和(hé)医疗(liáo)植入体制(zhì)造等领域。
二、非金(jīn)属3D打(dǎ)印
1、非金属3D打印材料
目(mù)前能够用于3D打印的材料已有1000多种,绝(jué)大部分都(dōu)是非金属材料。非金(jīn)属3D打印主要使用的是(shì)高分子材料,包括合成高分子材料,如聚乳酸(PLA)、聚乙二(èr)醇(PEG)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环(huán)己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羟基(jī)戊(wù)酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯(zhǐ)(PBS)、聚己内酯(PCL)以及光(guāng)敏(mǐn)树脂等;热塑性高分子材料,如PC、ABS-M30i、尼龙、PEEK等;天(tiān)然(rán)高分子材(cái)料(liào),如藻酸(suān)盐(yán)、胶原、纤(xiān)维蛋白原、明胶(jiāo)、细胞外基质、琼脂糖、葡聚糖、葡萄(táo)糖、蔗糖、壳(ké)聚糖(táng)等。
加工(gōng)方会根据不同的3D打印技术特性及应用产品需求,选择不同性能(néng)的材料。市场上,也(yě)有许多专(zhuān)门研发(fā)生产3d打印材料的公(gōng)司。
如「eSUN 易生」,它是深圳光华伟业股份有限公司2007年(nián)进(jìn)入(rù)3D打印材料制造领域时创立的(de)品(pǐn)牌。截止到 2019年4月,「eSUN 易生」已(yǐ)经上(shàng)市了超40种(zhǒng)FDM材料(liào)、以及(jí)适用(yòng)于光固化(huà)3D打印的光敏树脂(zhī)系列。还开(kāi)发了iSUN3D医疗鞋垫3D打印(yìn)系统系统,目前,公(gōng)司产品拥有 REACH、RoHS、CE、ISO 等全系列认证(zhèng),全(quán)球代理商累计超50个,产(chǎn)品销往了100多个国家及地区。
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,FDM工艺使用丝状材料,可选择多种(zhǒng)材料进行加(jiā)工(gōng),包括聚碳酸酯、工程塑料以及二者的(de)混合材料等。因(yīn)而,也有公司(sī)专门针对FDM公司研发材料(liào)。
如36氪采访到的「Polymaker」,这是一家成立于2012年,在工程塑料的3D打印材(cái)料在全世界范围都(dōu)有较高(gāo)的知名度的公(gōng)司(sī),在(zài)中(zhōng)国、美(měi)国与荷(hé)兰均设(shè)立分公(gōng)司(sī),90%以上的产品销往美国、德国、日本等海外市场。同时,该(gāi)公司也可以根据客户需求(qiú)研发有针(zhēn)对性的材料,比(bǐ)如为航(háng)空公司(sī)研制飞机(jī)上使用的阻燃(rán)材料。
另外,同样以FDM线材为(wéi)主的材(cái)料厂商还有(yǒu)「广州优塑」、「Elements 3D」、「青岛宏飞(fēi)达」、 「深圳(zhèn)市(shì)众(zhòng)景优品(pǐn)」、 「瑞贝思三维(wéi)」、「辰岳科技」、「北京斯科瑞化工」等。
除了FDM工艺,DLP和SLA技术(shù)也是(shì)非金属3D打印中的两(liǎng)种重(chóng)要工(gōng)艺(具体技术阐述将在后文展开),它(tā)们使(shǐ)用的耗材则是光敏(mǐn)树(shù)脂。这(zhè)类材料的制造工艺难度以及成本都(dōu)相(xiàng)对较高(gāo),高质量液态光敏(mǐn)树脂仍(réng)然依赖进口也需(xū)要从(cóng)国外进口。
在光敏(mǐn)树(shù)脂材料研(yán)发生产领(lǐng)域,有「广州双(shuāng)力(lì)」这(zhè)类既生产_塑料丝(sī)和光(guāng)敏树(shù)脂的公司,也(yě)有专注光敏(mǐn)树脂材料(liào)的公司(sī),如(rú)「力邦新材(cái)料」、「正(zhèng)邦科(kē)技」、「雅霖(lín)特种材料」等。另外,也会有3D打印设备和服务的(de)公司会涉及到该材(cái)料的研发,如36氪曾(céng)报道的(de)「塑成科技」、「清锋(fēng)时代」、「UNIZ」。
除了这些主流(liú)材(cái)料,也(yě)还(hái)有公司把(bǎ)目光投向了特(tè)种材料,如「飞亚新材料」开发了聚(jù)芳醚醚腈(PEEN)特种高分子材料、「随身科技」研发(fā)了(le)石墨烯尼龙复合(hé)材料、「晗宇科技」开发(fā)了(le)高精密度3D打印石蜡耗材(cái)。
2、非金属3D打印设备
现(xiàn)在(zài)主流的非金属(shǔ)3D打印(yìn)技术有:熔积成型法(FDM)、立体(tǐ)光(guāng)固化成型技术(SLA)、数字光投(tóu)影技(jì)术(DLP)、非金(jīn)属激光粉末烧(shāo)结(SLS)。
(1)熔积成型法(fǎ)(FDM)
熔(róng)融沉积成型法(fǎ)(FDM,Fused Deposition Modeling),这(zhè)种工艺是通过将丝(sī)状材料(liào)如热塑(sù)性塑料、蜡或(huò)金属的(de)熔丝从加热的喷嘴(zuǐ)挤出(chū),按照零件每一层的预定轨迹(jì),以固定(dìng)的速率进行熔体沉积。主要(yào)用途是塑料件、铸造(zào)用蜡模、样件或模型制(zhì)造。但相对(duì)于其他(tā)几种(zhǒng)工艺,加(jiā)工精度(dù)低、时间(jiān)较长。
FDM不(bú)用激光,使用、维护简单,成本(běn)低,可以满(mǎn)足消费级客户的(de)DIY要求,也能满足企业低价零件(jiàn)制造以(yǐ)及模型制造的(de)要求(qiú)。
36氪曾(céng)报道过的「创(chuàng)想三维」就是(shì)一家桌(zhuō)面(miàn)级(jí)3D打印机厂商,主要提供用于家庭场景的FDM桌面(miàn)级3D打印机硬件产品和耗(hào)材,年出货量50万台,全年(nián)营收的 90% 以(yǐ)上(shàng)来自于(yú)海外(wài)市场(chǎng)。除此之(zhī)外,公(gōng)司创(chuàng)想三(sān)维也研发(fā)了大(dà)型3D打(dǎ)印设备以(yǐ)及桌(zhuō)面(miàn)级光固化打(dǎ)印机,在工业(yè)级(jí)打印同样也所有涉(shè)及。同样(yàng)针对(duì)消费级桌面(miàn)3D打印的公司,36氪还曾报道过(guò)「Snapmaker」。
除(chú)了消(xiāo)费级桌面打印机,更多的公司瞄准的是FDM工业级3D打印市场。比如(rú)「弘(hóng)瑞3D打印」、「复志Raise 3D」、「PMAX巨影」、「海芯(xīn)科(kē)技」等。
(2)立体光固化成型(SLA)和数字光处理(lǐ)(DLP)
立体光固化成型(xíng)(SLA),是使用(yòng)激光束在液态树脂表面勾画出物体的第(dì)一层形状(zhuàng),然后(hòu)制作平台下降一定的距离(0.05-0.025mm之间(jiān)),再让固(gù)化层浸入液态树脂中,如此反复。使用的(de)树脂是(shì)光敏树脂,激光束照射(shè)后会形成固态。
在(zài)SLA 3D打(dǎ)印领域,「联泰科技」拥有较(jiào)高的知名度,据其(qí)官(guān)网介绍联泰(tài)科技目前拥有国内(nèi)立体光固化(huà)(SLA)3D 打印技术最大份(fèn)额的工业领域客户群,国内(nèi)市场占有率(lǜ)超(chāo)过 60%。产品已被广泛应(yīng)用于手板 模具、鞋业、口腔医疗、文化创(chuàng)意、汽车、电子以及教(jiāo)育(yù)科研等多(duō)个应用及行业领(lǐng)域。
另外,「中瑞科技」也在光固化(huà)3D打印机方面(miàn)有所积累,尽管该公司SLA光固化、SLM选区(qū)激光熔化、SLS尼龙(lóng)粉末烧结(jié)和FMS铸(zhù)造砂模和AMC陶瓷都有打印设备,还提(tí)供(gòng)相配(pèi)套的3D打印材料和3D打印软件(jiàn),但光(guāng)固化3D打印机的种类(lèi)最多。同时,公司也有涉及(jí)SLM金属打印机。其他集中在SLA光固化3D打印的公司,还包(bāo)括「东莞鸿(hóng)泰」、「深圳(zhèn)金石」、「嘉兴善(shàn)维」、「佛山(shān)吗卡(kǎ)」。
数字光(guāng)处(chù)理(DLP),使(shǐ)用(yòng)的耗材(cái)和SLA一样,都是光固化树脂(zhī)。DLP与SLA最大的不同在于,DLP用(yòng)的是投(tóu)影仪的数字光(guāng)源,SLA用的是(shì)激光头。正因为如此,DLP一扫就是一片,SLA成形只能靠一个激光点。比较(jiào)典型的企业(yè)有「迅实科技」,该公司拥有针(zhēn)对珠宝设计、齿科等(děng)多种行(háng)业应用的(de)多款打印机。以及「黑(hēi)格智造」,该公司以“DLP+”在智能(néng)化(huà)、打印精度、成型速度、稳(wěn)定性、成型幅面上,相较于(yú)传统DLP有了(le)较大(dà)的(de)提升(shēng),让(ràng)使用该技术的(de)设备更(gèng)加适合大规模的终(zhōng)端产(chǎn)品,包括牙齿矫(jiǎo)正(zhèng)套、消费类(lèi)电子产品等的生产。
光固化(huà)技术相较于FDM来说,最(zuì)主要的优势就是精(jīng)度更高,速度更(gèng)快。
目前3D打印企业仍然面对成本较高,盈(yíng)利较难的(de)困境。很(hěn)大一(yī)部分原因就在于,打(dǎ)印速(sù)度难以跟上,效率较低(dī)。于是兼顾精(jīng)度,提升速度(dù)的打(dǎ)印方案开始越来(lái)越被关注,有(yǒu)企业对传统对光固(gù)化技(jì)术进行革新已达到更快速度的目(mù)的。
10月中旬,美国西北大学在《Science》上发表了(le)的新一代高速、大尺寸、光固化(huà)的3D打印技术HARP (high-area rapid printing)技术(shù)的技(jì)术论文。科学(xué)家们也(yě)以此创办了Azul 3D公司。
据南极熊3D打印报(bào)道,HARP技术采用垂直打印(yìn),用紫(zǐ)外线将液(yè)态树脂(zhī)固化为硬化的塑料(liào)。此过程可以打印出坚硬、有弹性甚至陶瓷。与其他3D打印(yìn)技术常(cháng)见的叠层结构相反,这些连续打印(yìn)的(de)零件机械性能很好,可以用作汽(qì)车(chē)、飞机(jī)、牙科、矫形器、时尚等等的零件。在打印过程中,HARP采用液体(tǐ)聚(jù)四(sì)氟乙烯(xī)在接口上流动得以(yǐ)除(chú)去热量,然后(hòu)通(tōng)过冷却单元进行循环。
Azul3D称自己的HARP技术,已经突破了Carbon3D的CLIP技术(shù)打印速度的最高纪录,Carbon3D是目前(qián)全球(qiú)3D打(dǎ)印公司(sī)中估值最高的企业之一。它的CLIP技术是利用一层透氧膜,隔离光敏树脂液(yè)体和空气中的氧气,实现高速、连(lián)续的3D打印成型。
2019年6月,Carbon获得了E轮的投资(zī),融资规模高(gāo)达2.6亿美元(约18亿(yì)元人民币),而估值则达(dá)到了24亿美(měi)元(165亿(yì)元人民(mín)币)。截止2019年10月,Carbon3D已经推出了最新一代(dài)的(de)高(gāo)速量产3D打印机L1,目标就是大批量生产应用的。
在国内,也有企业在速度(dù)上下功夫。如36氪(kè)曾经报(bào)道过的「UNIZ」以 LCD-SLA 光固化技术为核(hé)心,加上其特有(yǒu)的Uni-Directional Peel(UDP,单向剥(bāo)离)技术,使(shǐ)得其打印机的精度和速度都能保持较高水平,号称3D打印速度可达1200mm/h以上。
还有此前提到的「清锋时代」则研(yán)发了(le)类似于光(guāng)固化的LEAP技术,据称(chēng)可将(jiāng)3D打印(yìn)速度提升百倍。该技术搭配公司研发的可量产高性能(néng)弹性材料EM-11,将用于清(qīng)锋(fēng)时代3D打印鞋(xié)底的批量生产。
同样要用3D打印技术量产鞋底的(de),还有「塑(sù)成科(kē)技(jì)」,该公司采(cǎi)用的是精度(dù)更高,速度更快的光固化(huà)打印技术,是传统速度的60-90倍。
(3)其他非(fēi)金属3D打印技术
SLS,在行业(yè)内(nèi)叫做粉末烧(shāo)结,其可用材料包括高分子(zǐ)、金属、陶瓷、石(shí)膏、尼龙等(děng)多种粉(fěn)末(mò)材料。
在尼(ní)龙3D打印中,「华曙高科」是(shì)头部企业,现(xiàn)有员工超过280人,其中研(yán)发人员超过(guò) 40%,公司共申请专(zhuān)利超过百项,获得专利授(shòu)权近百(bǎi)项,同时研发金属3D打印设备及尼(ní)龙等(děng)高分子3D打印材料(liào)。此外,该公(gōng)司(sī)在金属3D打(dǎ)印领域也有所涉(shè)及。
3DP工(gōng)艺与SLS工艺类(lèi)似,采用粉末材料(liào)成(chéng)形,如陶瓷粉(fěn)末,金属粉末。不同的(de)是材料粉末不是通(tōng)过烧结连接起来的,而(ér)是通过喷头(tóu)用粘接剂(如硅胶(jiāo))将零件的截面(miàn)“印刷”在(zài)材料粉末(mò)上面。如「宁(níng)夏共(gòng)享集团」就(jiù)采用 3DP 工(gōng)艺“逐层叠加、增(zēng)材(cái)制(zhì)造”,把铸(zhù)造所(suǒ)用的砂芯砂型直接打印成形, 已经建(jiàn)设(shè)了3D打印智能工厂。
三(sān)、3D打印服务
说起3D打印服务,这里我(wǒ)们将其拆(chāi)分成两类,一类(lèi)是3D打印供(gòng)应链企业,它们为3D打印提供后处(chù)理等服务,为3D打印(yìn)生产提供(gòng)相关软件(包括控制系统(tǒng))及相关解决方案;另一类则本身不生产3D打印所需的材料及打印机产品,而是提(tí)供解决方案设计、直接的(de)打印服务、以及交(jiāo)易(yì)平台。
(1)软(ruǎn)件及系统解决方(fāng)案供应商
3D打印产线不仅需(xū)要3D打(dǎ)印(yìn)硬件(jiàn)产品,同样也需要软件系统的配合。多数3D打印设备厂商会自行研发或是二次开发相关的软(ruǎn)件系统(tǒng)。市面(miàn)上(shàng)仍有专业的厂商(shāng),提供相关(guān)方案(àn)。
如新三板上市(shì)公(gōng)司「金(jīn)橙(chéng)子」科(kē)技自主研发了3D打印(yìn)控制系统,该公司的控制卡集振镜控制(zhì)、激光控(kòng)制(zhì)、运动控制、传感器(qì)反馈于一体,并同时高精密校正方(fāng)案、多(duō)机加工方(fāng)案、多种(zhǒng)路(lù)径规划方案(àn);「 创必得科技」自主研发了赤兔系列主控系统和切片软(ruǎn)件,最(zuì)早实现了 3D 打印脱机(jī)控制及多机器分(fèn)布式(shì)控制系统解(jiě)决方案;「空灵智能」推出(chū)的主板(bǎn)品牌「魔印(yìn)」,该产(chǎn)品搭载了实时监控传输技术,和打环(huán)检测技术,使得传统 3D 打印机可以实现互联网打印同时拥有自我检测功(gōng)能,客户(hù)可(kě)通过手机 app 对(duì) 3D 打印机(jī)进行远程操控。同样的(de)3D 打印控制(zhì)系统供应商,还(hái)有「谦(qiān)辉信息」、「 晋原铭科技」。
(2)3D打印后处(chù)理(lǐ)
3D打印后处理是3D打(dǎ)印重要(yào)的步骤,直接使用3D打印出(chū)来(lái)的物(wù)品只是一个(gè)半成品(pǐn),有些表面会比较粗糙,需要打磨抛光,有(yǒu)些需(xū)要(yào)喷涂、上色;金属制品需要(yào)退火、处气、固化。经(jīng)过后处理(lǐ),3D打印产品才能最终送到客户(hù)手里(lǐ)。
今年10月,英国3D打(dǎ)印后处理(lǐ)初创(chuàng)公司「Additive Manufacturing Technologies(AMT)」宣(xuān)布完成520万美(měi)元(yuán)的A轮融资。去年,德国专注于SLS聚合物3D打印后处理创业公司「DyeMansion GmbH」获得了500万美元的A轮(lún)投资。
国内后(hòu)处理厂商并不多(duō),就(jiù)在2019年10月,南极熊曝光了一个专门做尼龙/TPU等材料3D打印后处理的国(guó)产厂商(shāng)——「东莞德(dé)为智(zhì)能(DYEWIN)」。他们自主研发的3D打印零件表面(miàn)处(chù)理及3D打(dǎ)印零件染色(sè)等后处理系统,这(zhè)一套清粉+表面精细处(chù)理+染色的(de)系统价(jià)格仅为国外同类进口(kǒu)产品(pǐn)的(de)20%。此外,还(hái)有「 苏州诺曼(màn)比(bǐ)尔材料」专注金属等材料的3D打印后处(chù)理。
(3)消费端3D打印服(fú)务及3D打印平台
在(zài)消费端,有公司(sī)专(zhuān)注于3D设计(jì)软件和设计服务。比如「中望龙腾软件」 就开发了3D One 系列三维创意设计软件 ,主要面对教(jiāo)育(yù)领域(yù)。另外面对(duì)教(jiāo)育市场的(de)提供设计软(ruǎn)件及(jí)相(xiàng)应解决方案的公(gōng)司还有「 遨(áo)为数字技术 」、「乐伴科技」、「 张飞打印」。
也有提供产品设计及打印(yìn)服务的公司,36氪此前曾介绍过(guò)聚(jù)焦“3D 打印+文创”的 「 上海(hǎi)极臻三(sān)维」, 此外聚焦(jiāo)3D技术消费领域的(de)产(chǎn)品(pǐn)化的公司还(hái)有「云(yún)迹创(chuàng)意设(shè)计」、「 3dans 蛋生」、「 紫晶立方科技 」
在3D打印平台(tái)方面, 36氪(kè)曾(céng)介(jiè)绍过「云工厂」,“云工厂”的主要业务线包括3D打印、手板加工和机(jī)械(xiè)加工,开发设计(jì)了(le)专(zhuān)用于中(zhōng)小批量产品(pǐn)加工(gōng)的标(biāo)准化流程,将传(chuán)统制造和互联网连接(jiē),可以实现线上下单(dān)、自(zì)动报价、实时跟踪生产(chǎn)进度和快速交付产品(pǐn)的制造。
新三(sān)板上(shàng)市企业「先临三(sān)维」也有3D打(dǎ)印服务的子(zǐ)公司「云打印」,云打印打(dǎ)造了“3D 打印(yìn)+互联网+物联网(wǎng)(IOT)+人工(gōng)智能(AI)”的技术平台(tái),打造 C2M 和线上线下相结合的 3D 打 印分布式(shì)服务模式。公司已在浙江(jiāng)、江苏、南(nán)等 全国多(duō)个省份的地方政(zhèng)府或园区合作,建(jiàn)立了十几家线下(xià) 3D 打(dǎ)印服(fú)务(wù)中心。类似的提供(gòng) 3D 打印云平(píng)台的公司,还有「易速(sù)普(pǔ)瑞」、「南京 1001 号(hào)」、「创想智造 3D 打印网 」、「魔猴(hóu)网」等。
此外,还(hái)有相关的垂直媒体服务于行业内(nèi)外的3D打印关注者。比如「南极熊3D打印网」,该平(píng)台报(bào)道(dào)全球最新的3D打印(yìn)资讯,定期输出3D打印的研究报告,举办行(háng)业内交流会议,也为3D打印相关(guān)企(qǐ)业提(tí)供咨询服务。与(yǔ)它类似,还有「3D打印(yìn)世(shì)界」、「3D科学谷」、「3D打印技术参考」等。
四、3D打印的应用
3D打印的应用非(fēi)常广泛(fàn),现今最热门(mén)的当属(shǔ)医疗3D打(dǎ)印(yìn)。
医疗3D打印(yìn)有着(zhe)数十亿美(měi)元的想象空间。从微小的细胞组织,到大体积的骨(gǔ)骼,都是3D打印(yìn)未(wèi)来的“战场”。
医疗3D打印,首先(xiān)是用计算机建立三维模型(xíng),数据传输至打印机,由打印机逐(zhú)层(céng)打印截(jié)面,最后各截面粘合起(qǐ)来完(wán)成塑型。
我们可以从落地的难(nán)易程度,把(bǎ)医疗3D打(dǎ)印(yìn)划分(fèn)为两部分:
骨科植入物、口腔修复、定(dìng)制化假肢(zhī)、手(shǒu)术导板、内植入(rù)物(wù),此类非生物3D打(dǎ)印技术,技(jì)术更为成熟(shú),更加贴近临床,应用场景明确,是玩家们主要聚集的细分(fèn)赛道;细胞组织甚至器官组(zǔ)织(zhī)的3D打印(yìn),还有漫长的技术研(yán)发之路,是医疗(liáo)3D打印的(de)进(jìn)阶阶段,水面(miàn)上的国内(nèi)玩家仅有五家。(1)最引人注目的板块(kuài)莫(mò)过于骨科植(zhí)入物
公开数据显(xiǎn)示,骨科植入物(wù)占(zhàn)整(zhěng)个植入物市场规模的93%之(zhī)多,预计2022年骨科植入(rù)物的市场规模高达290亿元。目前(qián)国(guó)内企业(yè)已经有一些产品获批上(shàng)市,也有与医院合(hé)作手术的成功案例。
国内主要集中在(zài)金属和(hé)高分(fèn)子材料上,国际上(shàng),多数国外厂商采用(yòng)的是羟基磷(lín)灰石(shí)和聚(jù)乳酸复合材料(liào),还有一些骨科辅助器(qì)械则(zé)采用的(de)是石膏(gāo)或树脂材料。
举几个例子,「爱康医疗」的3D ACT钛(tài)合金骨小梁髋臼杯在2015年获得了上市许可(kě);「艾(ài)科赛龙」也聚焦3D打印骨科耗(hào)材,它的特点(diǎn)是具备介(jiè)入(rù)式手术的导航板方(fāng)案,帮助扫除手术盲区;「 欧(ōu)比雅(yǎ)」与广州(zhōu)医科(kē)大学附属第三(sān)医院合作,帮助(zhù)一名(míng)有十年(nián)病史的踝关(guān)节慢性骨髓炎患者(zhě)置换病灶骨骼(gé)。
通常我们(men)有(yǒu)一些维度去评价骨(gǔ)科植入物的技(jì)术(shù)水平:材质的抗磨损性能和生(shēng)物相容性、孔隙率、摩擦(cā)系(xì)数、旋转(zhuǎn)活动(dòng)度(分散应力)、铰(jiǎo)链(liàn)机(jī)制(防脱易植入)、承重方(fāng)式(shì)(损耗(hào)程度)、补块垫块(kuài)的丰富性(骨缺损处理方案的丰富性)、手术及翻修策略等等。
(2)风口上的隐(yǐn)形牙套(tào),正是3D打印的成果
3D打(dǎ)印的另一个细分赛道是(shì)数字化口腔(qiāng)修复,现在技术已(yǐ)经可以制(zhì)作种植牙(yá)、义(yì)齿(chǐ)、正畸产品等等,还可以(yǐ)达成(chéng)相关关节紊(wěn)乱病的治疗修复。
隐形(xíng)正(zhèng)畸正处于(yú)投资风口(kǒu),正畸量在近几年来有着爆(bào)发式的增长,诊所(suǒ)的毛利率通常在50%-75%。而(ér)隐形正畸所用的隐(yǐn)形(xíng)牙(yá)套,正是(shì)3D打(dǎ)印(yìn)的成(chéng)果。
3D打印可(kě)以带(dài)给(gěi)用户个性化的(de)精准矫形,扫描(miáo)仪掌(zhǎng)握数字(zì)化地(dì)口腔状(zhuàng)况,建(jiàn)立个性(xìng)化的口内3D数字模(mó)型,从而(ér)生(shēng)产出“量身定制”的隐形牙套。根据平安证券口(kǒu)腔报告测算,2017年(nián)中国国正(zhèng)畸(jī)病例(lì)大(dà)约206万(wàn)例,每例按12000元计算(suàn),则中国正畸市(shì)场规模在 250亿左右。
对于义齿厂而言,3D打印(yìn)机不仅能(néng)够实现人工替代(dài),还能(néng)够(gòu)提高生产效率和品质。全国有4000多家义齿(chǐ)厂(chǎng),随着产业的升级、进(jìn)口替代的加速,未(wèi)来将有更多(duō)的3D打印机进入义齿厂,未来五年(nián)市场规模有望(wàng)超10亿。
以往困扰口腔医生的是,初期设计的轮廓外(wài)形总是很难与最(zuì)终(zhōng)得(dé)到的修复体一致(zhì),而3D打印就很(hěn)好地解决了(le)这个问(wèn)题。3D打印的目标修复体导板,可以将修复蓝图(tú)可视化(huà)地(dì)呈现出来,根(gēn)据导板打印而成的修复体,可以做到(dào)高精准度,让“理(lǐ)想”和(hé)“现实”达成一致。
还有一(yī)些公司擅(shàn)长三维数(shù)据采集,为医院提供手术(shù)前规划方案,用可视化(huà)的图像模拟手(shǒu)术,帮助医生(shēng)更好地操作演练。这个赛道上,「浙江德尔达」的做法(fǎ)是,通(tōng)过对病患(huàn)部(bù)位的三维重建,设计手术导板(bǎn),手术导(dǎo)板(bǎn)就像是一(yī)个(gè)“手术用(yòng)的(de)地图”,让(ràng)医生可(kě)以通过实体模型来规划(huá)手(shǒu)术;「即(jí)刻(kè)叁医疗」将3D技术应(yīng)用在了血管外科(kē)、肝胆外、肿(zhǒng)瘤、颌(hé)面外(wài)科。
数字化口腔赛(sài)道的公司相对较多,包括(kuò)此前(qián)文章提及的「迅实科技」、「瑞通生物」、「UNIZ」、「 黑(hēi)格智能」、「精唯信诚」、「长朗(lǎng)智能」等。
(3)世界首颗3D打印心(xīn)脏诞生
"医疗3D打印的进阶阶段",就是细胞组织甚至器官组织的3D打印(yìn)。
今年4月15日,以色列(liè)特拉维夫(fū)大(dà)学研究(jiū)人员宣布成功3D打印(yìn)出世界(jiè)首颗“完整”心脏的新闻轰动全(quán)球。一(yī)夜之间(jiān),“3D打印器官”仿佛触(chù)手(shǒu)可及,器官(guān)移植(zhí)供(gòng)体紧缺似乎(hū)不(bú)再是问题。
然而冷静下(xià)来(lái),我们会发(fā)现:这个“心脏”很小,并非(fēi)人类尺寸;血管系(xì)统并不完(wán)整,毛细血管未被打印出(chū)来;此“心脏”尚不具备泵血(xuè)功能。
尽管(guǎn)距真正可移(yí)植的心脏还有一(yī)段距(jù)离(lí),但是这颗心(xīn)脏(zāng)的诞(dàn)生(shēng),仍然引起了巨大(dà)的(de)轰(hōng)动。为(wéi)什么呢?答案是,它与组织工程(chéng)构(gòu)建技术有关。
经典组(zǔ)织工(gōng)程构建首先需要两类材料(liào)——种子细胞和支架材(cái)料。支架材(cái)料顾名思义,起到(dào)的(de)即“支撑”作用(yòng)。它为(wéi)种子细胞提(tí)供生长和发挥生物学功能的场(chǎng)所,需要(yào)具有模仿(fǎng)天然组织的构(gòu)建性(xìng)能。种子细胞则是在支架(jià)材(cái)料上联(lián)结、生(shēng)长成所需(xū)组织、器官的单(dān)位(wèi)。
怎样的支架材(cái)料无(wú)毒、无免疫原性,具有良好的生(shēng)物相容性、合适的生物降解性,同时(shí)适合细胞生长?怎样获得多功(gōng)能干细胞(bāo),并使其定向分化(huà)成所需的种(zhǒng)子细胞?如何维持所获组织、器官的细胞活性?怎(zěn)样令打印出的(de)组织/器件功能化?这些都是摆在科(kē)学家和企业面(miàn)前的问题。
特拉维夫大学研究人员即(jí)是解决(jué)了部(bù)分这些问题后,打印出了具有细胞、血管(guǎn)、心室和心房的“完整”心脏。这同时意味着(zhe),结构更简单的耳朵、气(qì)管、血管(guǎn)等组织器官(guān)可以完全重现。无排异的组织移植或许能先一步(bù)到来。
目前,36氪收集(jí)的(de)公开(kāi)资料显示,全(quán)球生(shēng)物3D打印的市场规模在30亿元左右(yòu),全球领先(xiān)的(de)生物3D打印公司包(bāo)括(kuò)美国的「Organovo」、日(rì)本的「Cyfuse Biomedical」、加拿大的「Aspect Biosesystems」等。而国内从事器官、血管等组织(zhī)工程3D打(dǎ)印的企业,仅(jǐn)有数家,分(fèn)别为:「上普生物」、「迈普医学」、「捷诺飞生(shēng)物科技」、「尤尼(ní)科(kē)技」、「蓝光英(yīng)诺」等。
FDM和光固化(huà)是目前(qián)较(jiào)为(wéi)主流的打印技术,上(shàng)述”心脏“即是FDM技(jì)术下打印出来的。光固化技术的(de)优势在于(yú)成型容易,但(dàn)是容易产(chǎn)生毒性问题。
细胞打印产(chǎn)业化的难点,除了技术(shù),还有伦(lún)理(lǐ)道(dào)德乃至风险控制(zhì)。社(shè)会对此类产品的接受程度、生(shēng)产过程中可能带来的(de)病毒等风险(xiǎn),也在一定程(chéng)度上制约了(le)行(háng)业的发展。
据悉,现在企业提供的业务(wù)多为(wéi):生物3D打印机的定制、售卖;生物(wù)墨水等其(qí)他耗材(cái)的(de)定制、售卖;生物仿(fǎng)真模型的打印服务(wù)等。目前行业内可降解(jiě)组织工程支架的打(dǎ)印相对成熟,细胞(bāo)、组织、器官的3D打印处于科研(yán)应用阶段的居多(duō)。
短期上看,生物(细胞(bāo))3D打印比较现(xiàn)实的落地场景在于,打印具有单一功能的类组织来进行体外药检、病毒理测试,乃(nǎi)至(zhì)化妆品、保健品(pǐn)的效果测试(shì)。往远了(le)看,即最终应是实(shí)现器官移(yí)植,造福人类。
随着技术的日(rì)益成熟,3D打(dǎ)印产品(pǐn)的生(shēng)产制作或许将不再(zài)是最大难(nán)题。行业玩家们共同面临的问题,其实(shí)是政策审批的问题。
由于医疗3D打印产品(pǐn)可能会(huì)直接用(yòng)于人体,且产(chǎn)品都是根据患者情况(kuàng)个性化定制的,每(měi)位患(huàn)者的情况都会有所不同,所以对(duì)它的审批是非常严格(gé)谨慎的,相关政策滞后于(yú)技术。
3D打(dǎ)印产品以往没有适用的取(qǔ)证规范,定制化的产品导致(zhì)取证成(chéng)本很大,用在(zài)每一个身体部位都需(xū)要申请一张医疗器械证,取证成本极(jí)高。
最(zuì)新的动态是,今年7月(yuè)国家(jiā)出台了(le)一(yī)项新政策,预计能为医疗3D打印(yìn)带来强心剂。
这项新政是《定制式医疗器械监(jiān)督(dū)管理(lǐ)规定(试行(háng))》,规定了定(dìng)制式医(yī)疗器械的备案管理、设计(jì)加工、使(shǐ)用(yòng)管理、监督(dū)管理的规范,从明年1月1日起施行。
纵观整(zhěng)个3D打印(yìn)市场,其(qí)应用范围非常广(guǎng)泛,从医用至工业至消费,都可以看到3D打印的身影。
医(yī)用(yòng)领(lǐng)域包括医(yī)用手术(shù)导(dǎo)板(bǎn)、医疗植入物、齿科模型及(jí)相关矫正(zhèng)设备、金属牙冠(guàn)等物件的(de)制造;
工业方面,有(yǒu)工业产品设计开(kāi)发、复杂小型金属精密零件、航空航(háng)天复杂金属构(gòu)件、飞机(jī)大型复杂(zá)金属构件、航空航天领域用工程塑料零部件、汽(qì)车、家电等领域零部件制造、铸造用蜡模制作以及建筑建造;
在消费领域则包括,手办(bàn)制作、珠宝设(shè)计与(yǔ)制作、创意(yì)产品(pǐn)制作与生(shēng)产、以及食品制作等。
这篇文章,36氪只盘点(diǎn)了(le)最热门的(de)医疗3D打印。接下来,36氪还将聚焦3D打印在其他行业(yè)的应用,进行分(fèn)析和盘点。