春节特刊 l 2018年中国的3D打印应用三大“接地气”的机会

感谢谷友对3D科学谷在过去日子里的忠诚相伴,使得3D科学谷能够在业界获得稳步的发展。在中国的传统大年到来之际,3D科学谷特别推出《2018年中国的3D打印应用三大接地气的机会》。也希望通过冷静独立的思考,在横向的国际范围和纵向的应用领域做比较分析,真真切切的发现问题和机会,从而为我们国家的3D打印行业尽一份力量。那么也衷心期待我们的谷友能够从中感受到3D科学谷由外企经历和留学背景的团队所呈现的殷殷民族之情,期待谷友能够感受到3D科学谷的品牌价值观和追求极致的品牌调性,一起推动我们国家在3D打印应用领域的价值创造!

3D打印行业进入快速发展期,为我国企业带来前所未有的机遇,同时也伴随着相当大的风险。我国企业所面临的风险不仅仅是技术问题,还有商业模式和战略能力方面的挑战。

一切都在变化中,从设备技术的快速发展,材料技术为设备带来的新市场发展空间,企业的内部生态圈战略版图新布局,销售网络与商业模式的演变…无一不处于动态的变化当中。

3D打印行业,商业化的应用案例越来越多,但是并非是每家企业都能追求得了GE的喷油嘴,也并非是每家企业都有阿迪达斯和Carbon这样的契合度,即使是像国内的企业爱康医疗通过3D打印来制作骨科植入物的商业模式也具备极高的门槛。

3D打印由于其无模化的特点使得这项技术尤其适合原型及个性化和小批量的生产;3D打印由于适合用于传统制造技术难以实现的复杂产品的加工使得这项技术在轻量化、一体化结构实现方面有着一定的颠覆力。而这一切都回归于3D打印对于最终产品的附加值输送。

在3D科学谷看来国内的3D打印应用与国外相比可以说是冰火两重天,一部分原因是国内进入到3D打印应用领域的不少企业几乎没有制造业基础,只是盲目的追逐风口,以轻量级、无基础的情况进入到3D打印领域。再加上缺乏对市场需求的深入理解、缺乏现有的销售渠道,缺乏搭建好的技术壁垒,想要实现3D打印与应用的结合是非常具有挑战的。

拿名不见经传的牙科隐形矫正器来举例,3D科学谷根据Yahoo Finance上的数据显示,美国的Align Technology(ALGN)公司凭借着光固化技术3D打印牙科隐形矫正器以及扫描器,其年收入可达到15亿美金,流通市值达到177亿美金。

由此看出3D打印可以“撬动”的应用产业价值远远大于3D打印本身,我们先不谈177亿美金的市值,谈15亿美元的销量与3D打印行业相比较来说是什么概念?国内目前的3D打印新三板挂牌的领头羊企业一年的收入约3.5亿人民币。2017年,工业和信息化部等十二部门印发的《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》,明确提出到2020年,我国增材制造产业年销售收入超过200亿元。也就是说如果我国出现两家Align Technology这样专注的公司,凭借这牙科领域的塑料3D打印,就可以达到年产值200亿元,当然这里面可以牵动多大的3D打印产值,我们还没有相关数据,也不清楚需要多少个这样的应用牵动才可以实现工信部制定的3D打印产业的200亿目标。不过有一点是清晰的,那就是必须通过3D打印应用来牵动3D打印行业的发展。而根据麦肯锡的研究,3D打印应用的市场空间是年销售额千亿美金的市场空间。

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3D科学谷预测,3D打印在国内今后5年的发展将经历一个全面的洗牌期。缺乏基础和核心竞争力的企业被洗牌出局,更多具有制造基因的企业入场并与3D打印深度融合。

当然,国内并非所有的3D打印应用公司都缺乏制造基因。所谓厚积薄发,国内也有例如爱康医疗这样的公司,基于其骨科的丰富经验,再开发3D打印植入物,他们的成功显得更加顺其自然。再或者像东莞科恒,基于其做手板的市场份额,将制造方法切换到更多的3D打印技术的应用,这属于顺势而为。

而结合中国的特点,当前3D打印进入商业化应用领域可操作的空间在哪里呢?

本期,关于国内2018年的3D 打印应用市场机遇,3D科学谷想通过结合应用领域在中国当前的状况,3D打印技术与应用领域的结合度,以及当前国内可对标和参考的企业,这几个思考点来进行剖析。

-- 牙科 l 隐形矫正器、义齿、种植牙、导板…

3D打印在牙科领域的应用已经引起了各方面的重视,其中国内通策医疗已经将3D技术运用在矫正、种植和补牙中,天津杰冠医疗科技也与银邦股份合作开发3D打印在齿科领域的应用。

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SmarTech 预计,2017年全球牙科3D打印材料的销售金额达1.479亿美元,其中金属材料为3220万美元,聚合物材料为1.157亿美元;全球牙科3D打印设备的销售金额达1.66亿美元,其中金属设备为6590万美元,聚合物设备为1.001亿美元。

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图片:3D打印在牙科领域的主要应用,来源:3D科学谷(www.51shape.com)

- 隐形矫正器

借助数字化建模软件和3D打印技术生产的隐形矫正器,是一系列透明、高度定制化并且方便佩戴和摘除的矫正器。患者在牙齿矫正期间,只要每天戴着超过22个小时,每三个星期更换一副新的矫正器, 就能够逐渐矫正牙齿。据3D科学谷了解,这种数字化隐形牙齿矫正器的主要生产流程是:印模-扫描-3D建模-数字化模拟矫正设计-3D打印牙模-隐形矫正器加工-清洗消毒。3D打印在整个流程中,主要承担着批量定制不同矫正阶段牙齿模型的功能。牙齿模型制作后,再利用热塑成型工艺将透明膜片包裹在模型上,从而制作出适合患者的隐形矫正器。

根据3D科学谷的市场研究,3D打印隐形矫正器正在形成产业化趋势。美国Align Technology公司于1998年在全球率先推出隐形矫正器,产品名Invisalign(隐适美)。该产品目前是全球应用最广的隐形矫正器。隐适美2011年进入中国,目前市场占有率还不高。  国内企业中,北京时代天使于2003率先推出自主研发的隐形矫正器,是国内份额最大的企业。此外,上海正雅齿科、西安恒惠在该领域实力也较强。近年来,隐形矫正市场中出现的品牌陆续增多,如Dentosmile、缔佳医疗器械(美立刻)、美加易等。

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图片:3D打印隐形牙套商业化品牌,来源:3D科学谷(www.51shape.com)

- 义齿与种植牙

义齿的3D打印国内已经涌现了众多的企业,根据3D科学谷的市场研究,上海竞升医疗、上海德立齿科技术在这个领域拥有多年的应用开发经验。

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图片:金属牙冠的3D打印,来源:3D科学谷(www.51shape.com)

金属3D打印设备方面,除了国外品牌,国内西安铂力特的选择性激光熔化3D打印设备BLT-S200 以及汉邦科技的金属3D打印设备SLM-100在义齿的3D打印方面拥有了广泛的经验。

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图片:可摘局部义齿与3D打印,来源:3D科学谷(www.51shape.com)

种植牙的3D打印正处在蓄势待发的阶段,2018年全球种植牙的市场规模预计将达到66亿美元,年复合增长率为10%。2017年,在科技部公布的首批“十三五”国家重点研发计划获批项目中,北京大学口腔医院唐志辉教授牵头的“增材制造和激光制造”重点专项项目“增材制造个性化牙种植体与颌面骨、颞下颌关节修复体的关键技术研发”位列其中,这也是“增材制造和激光制造”重点专项内获批的唯一口腔医学研究项目。

根据相关资料,种植牙技术目前在我国的使用状况却不够普遍。统计数据显示,2016年全球牙种植体使用量约为1800万颗,而我国仅占80万颗,比例不足5%。业内人士分析说,其中的重要原因是,种植技术复杂,牙种植体市场长期被国外产品垄断,价格高昂。现在一颗种植牙的手术费、种植体费用以及牙冠费用全部加起来价格约为1.6万元左右。其中,种植体的价格占比最高,我国目前所用的种植体中,90%以上来自进口。

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图片:种植牙与3D打印,来源:3D科学谷(www.51shape.com)

2018年,根据3D科学谷的市场研究,国内有望出现进入到种植牙3D打印的第一梯队公司。其中,广州市健齿生物科技有限公司通过其一系列的专利技术为产业化应用打下了基础,其中其基于选区激光熔融金属3D打印技术,解决了3D打印螺纹成型效果不佳的问题,保证了植体的精度及配合;具有很好的植入稳定性及骨细胞附着性。

国际上,根据3D科学谷的市场研究,德国口腔产品制造商Natural Dental Implants公司早在10年前就开始探索怎样为患者提供定制化的种植牙产品。2006年该公司推出定制化种植牙产品REPLICATE Tooth 系列,所用的制造技术是CAD/CAM、数控铣床等数字化技术。目前Natural Dental Implants已经开发出3D打印的REPLICATE Tooth种植牙产品原型,种植牙的钛金属牙根是由3D打印技术直接制造的。该产品在2017年内开始进行深入测试。

间接产品

除了制造最终产品,牙科领域还有需要大量定制化的间接产品,例如牙科模型。这些产品往往对力学性能没有太高的要求,但确是最终产品制造和牙齿修复过程中的有力工具。这类间接应用产品的定制化生产需求推动了塑料3D打印技术在牙科行业的增长与发展。

口腔影像技术、三维建模技术、计算机模拟技术与3D打印等数字化加工技术相互衔接、配合,共同构成了手术导板的数字化设计与制造工艺。基于光聚合工艺的DLP 3D打印机与生物相容性材料逐渐挑起了手术导板制造的“大梁”。

手术导板是在实施种植手术前制造完成。通过数字化技术制造的手术导板,精准地确定了种植体半径、种植深度、倾斜度以及种植体与牙颌窦底距离等关键信息。牙医按照种植导板的“导航”进行操作,不需要反复切开、翻瓣、缝合,缩短了种植手术时间,使手术更加精准,大大减少了患者的痛苦。

在这方面,我国已经拥有了不少公司从事牙科间接产品的3D打印,而下一步,如何实现完全数字化的制造将是3D打印进入到产业化应用阶段的助推器。

-- 随形冷却模具

随形冷却是复杂模具设计的首选方式,冷却通道可以被设计成复杂的异形,管道直径可以不断变化,根据冷却要求,横截面也可以是椭圆形或者方形。使用正确的计算和冷却分析可以极大地优化模具冷却方式,从而缩短模具周期,提高部件质量,特别是在易失真和变形区域。模具随形冷却水路的制造工艺,现在常采用选择性激光熔融技术。

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随着中国模具登上世界竞技舞台,中国的模具质量得到不断的提高,中国模具行业工业总产值有望从2015年到2020年逐渐达到年产值1464亿元,1502亿元,1569亿元,1628亿元,1711亿元,1795亿元,单位为人民币。

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3D科学谷预计2020年国内3D打印可渗透的市场在30亿人民币左右,该数据包括3D打印设备、材料、模具产品的3D打印服务。

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国际企业方面,EOS、雷尼绍都积累了丰富的随形冷却模具应用经验。此外还有一些专注于随形冷却模具制造的公司,例如美国密歇根州的linear模具&工程公司,这家公司创建于2003年,是一家专注于高生产量的注塑模具设计、工程、以及制造的公司。自2005年,linear模具&工程公司开始了直接金属3D打印技术用于原型和最终零部件产品的探索,在随形冷却模具制造方面形成了自己的核心竞争力。随后,2016年,linear公司被液压领域的领导者MOOG(穆格)收购,然而由于看好3D打印在随形冷却模具制造的市场将要全面爆发的态势,linear公司又将其部分股份在2017年从MOOG(穆格)手上回购回来。

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国内企业方面,除了深圳光韵达,上海悦瑞,西安铂力特由3D打印设备的销售延伸到随形冷却模具的制造服务,还出现了模具制造企业延伸到通过3D打印来实现随形冷却模具制造的趋势,其中深圳德科在过去两年内已经陆续购置8台EOS的M290金属设备,专注于模具服务。

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图片:从传统加工方式到金属3D打印,深圳德科

-- 快速铸造

中铸协预测到2020年铸造企业将减少至1.5万家以内,铸件总产量达到5500万吨,铸件产值约7000亿元的规模。占企业总数量30%的铸造企业(约4500家)的铸件产量将会达到铸件总产量的80%以上。球墨铸铁(包含蠕墨铸铁)占铸铁产量的比例将由2014年的37%提高到42%左右,铝、镁等轻合金的铸件产量将由13%提高至20%左右。

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当然铸造是一个非常大的市场,而3D打印与铸造的结合还需要寻找垂直领域的切入点,以点带面从而牵动起行业应用的全面开花。在3D科学谷看来,传统制造业对接受3D打印技术相对“麻木态度”的一个原因是因为受传统制造思维的束缚,基于这层天然的障碍,3D打印技术与制造应用的结合点不妨从新兴的应用领域“着陆”。新兴的应用领域接受新事物的心态更加开放,而且不存在淘汰旧的产能以及人才重新培训与切换的问题。

拿电动汽车这个新兴的应用领域来说,电动车的市场正在迎来量变到质量的飞跃,根据亚琛大学的预测,电动车的年产量2020年有望发展到410万台(约占4%的汽车市场),2025年达到2490万台(约占22%的汽车市场),2030年则达到5040万台(约占42%的汽车市场)。但是从2020年到2025年这5年来说,增量将是6倍。而不少电动汽车的玩家并非来自传统制造业,而是来自互联网企业,这些企业对接受3D打印技术的心态势必更加开放。

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在这方面,电动汽车无疑是3D打印真正能大规模进入产业化的一个绝佳应用领域。就在刚过去的日子里,蔚来汽车还宣布将在上海嘉定建设工厂。虽然当前的3D打印局限在航空航天和医疗领域,然而对于制造业来说,最大的应用市场是汽车等工业消费市场,而对于传统汽车来说,即使3D打印有着一定的应用潜力,由于汽车产业庞大的技术认证体系,复杂的供应链方式,企业无法从一个山峰直接跳到另外一个山头,这使得汽车制造行业在引入3D打印技术的过程变得尤其缓慢。

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电动车市场为3D打印带来的机遇不仅仅是研发试制、热交换器、汽车内饰、个性化定制这些商业机会,电动车市场还将进一步打开上述的随形冷却模具的市场机会,并推进快速铸造与3D打印技术的结合。详细分析请参考3D科学谷发布的《5年6倍速的增长!面对电动车革命性的量变,3D打印你准备好了吗?》,《透过XEV初创即获得7000辆电动车订单,看3D打印的历史商业机遇》

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图表:汽车,内燃机,工程机械占据铸造的半壁江山,3D科学谷整理

而3D科学谷认为,2018年不仅仅是随形冷却模具的3D打印,另一个机遇是快速铸造的应用加速趋势。

根据3D科学谷的市场研究,应对正在爆发的电动车市场,国际上主流企业在中国布局了一系列的电机生产线。而拿其中的电机壳体来说,3D打印砂模或者3D打印精密铸造模具在用于电机壳体的铸造方面具备明显的应用优势。更多信息,请参考3D科学谷发表的《一张图看懂3D打印的各种技术在铸造业对应哪些应用

国内,2018年初,东风汽车公司通用铸锻厂、湖北汽车工业学院、沈阳铸造研究所、广东峰华卓立科技有限公司4家单位签署企校研四方战略合作框架协议。四方将利用各自优势,建立产学研全面合作关系,共建汽车轻量化铝合金低压铸造研究中心,共同在汽车用铸造铝合金材料、铝合金铸件轻量化设计、铝合金铸造技术的开发与应用等方面开展全方位合作。

不仅仅是国内的企业,国际上大名鼎鼎的GF铸造也通过收购进入到3D打印的快速铸造领域。GF Automotive的砂型铸造和金属模铸造工厂遍及全球,GF Automotive在全球共有 9 个铸造工厂:德国 4 个、奥地利 3 个、中国 2 个。GF Automotive还与与北美、日本和印尼的公司建立了生产合作关系。GF Automotive在每一基地仅采用一种铸造工艺,可能是型砂铸铁、铝合金铸造,也可能是镁合金铸造。这种专注工艺被证明是无数创新的最佳前提条件。GF Automotive德国和奥地利的铸造工厂无疑是欧洲汽车铸件领域的领头羊。而2017年1月,GF Automotive又收购了位于瑞士的Precicast Industrial Holding SA,Precicast还通过3D打印的方式来进行快速铸造,其年营业额达到1.2亿瑞士法郎。

不仅仅是砂模铸造,3D打印精密铸造模具也在进行时。关于精密铸造在交通工具领域的轻量化应用,一个现实的例子是欧特克位于 San Francisco的9号码头创新工厂尝试通过3D打印熔模来铸造镁合金,从而实现飞机座椅的轻量化。这种座椅结构件适合任何标准的商用喷气式飞机,预计可以通过减重为航空公司节约数百万美元的成本。

当然,3D打印还在很多的应用领域有着突出的优势和应用潜力,诸如在液压件领域,在骨科领域,在首饰领域,在发动机领域,在电子及物联网领域,在陶瓷制品领域,在多材料领域等等,这些应用都值得国内的企业重视。

随风潜入夜,润物细无声,3D打印一方面让很多人感到兴奋,一方面又令很多人感到迷茫。观察变化中的机会,把握机会,一步领先,处处领先。

更多信息,欢迎参加3月3日3D科学谷在TCT亚洲展会期间的演讲:

Whitepaper of China 3d printing application market

中国3D打印应用市场透视

3D printing market situation and technology trend 

3D打印市场概况及技术发展趋势

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Shaping The Insights 塑造见解,感谢谷友对3D科学谷的支持与厚爱,提前给谷友拜个早年,祝大家春节快乐!2018 狗年行大运!

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