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工业3D打印:一场仍处在初级阶段的技术革命

2019-4-1 9:32:31 点击:

    曾记否,几年前当我们在实体店看到3D打印机打印出的一个个小玩意时,那种油然而生的新鲜与神奇感?然而,短短几年,面对这种新事物,我们已经见怪不怪。此外,我们发现现实并不像当初许多人鼓吹的那样,当你想要一双新鞋,就去打印一双;当你想要一件新衣服,就去打印一件;当你想要一块煎饼,一块巧克力、一个新玩具,一个新扳手,通通可以去3D打印出来……。

 
       其实,这只是3D打印在日常消费领域的一种理想状态。经过几年的发展,3D打印更多地在工业领域悄悄前进,并在电气、汽车、航空航天、医疗等领域发挥价值。总体来看,在若干先进制造领域中,3D打印仍然处于早期发展阶段,并且还有很长的路要走。与此同时,这一市场也在快速增长,并结合在线3D打印、按需制造等新模式,不仅在改变产品生产的过程和方式,同时正在创造出一个新的数字制造生态系统。
1.体量小,增长快的新兴市场
      在市场规模方面,对于3D打印的未来发展,众多研究机构都给出了自己的分析和预测,但预测数据差异较大。从Wohler's Associates、SmarTech、MarketsAndMarkets、ReportLinker、ResearchAndMarkets、IDC这六家研究机构发布的数据来看,2018年全球3D打印市场的年收入(包括3D打印系统、材料、软件和服务的销售)在93亿美元到115亿美元之间。
 
     3D Hubs对这些预测数据进行平均计算,估算出当前相对准确的一个市场规模:大约102亿美元。多年来,3D打印一直被誉为改变制造业游戏规则的新技术。但从目前情况来看,3D打印还远未达到人们的预期。目前全球制造业市场规模约为12.7万亿美元,这意味着3D打印占全球制造业的比例不到0.1%。在未来,如果3D打印能占到制造业1%的市场份额(许多行业专家认为可能会达到),即年收入达到1270亿美元,将是未来5年最乐观预测的五倍多。
      那么,该行业的具体增长趋势如何?2013-2017年,全球3D打印市场平均每年以24.7%的速度增长。未来五年,各机构预测的复合年均增长率在18.2-27.2%之间,平均为23.5%。这意味着全球3D打印市场的规模将大约每三年翻一番。
总体来看,虽然3D打印市场当前体量较小,但也将也是一个快速增长的市场。
2.风险投资以企业资本为主角
      尽管在20世纪90年代,3D打印技术就已出现,但直到近几年,该领域,特别是工业3D打印领域的投资交易才开始逐渐活跃起来。据CB Insights数据显示,2009-2018年间,工业3D打印领域投资总额为15.3亿美元,与工业物联网、工业机器人等其他先进制造领域相比,这一数据仍然显得有些小气。
 
      另一方面,在该领域的投资活动中,企业风险投资基金一直扮演着主要角色,而对其他风险投资机构的吸引力相对较小。2014-2018年,以GE、Autodesk为代表的传统硬件与软件企业累计向工业3D打印公司(包括打印机制造商,软件提供商和原材料供应商)提供了约10亿美元的风险投资。其中,工业解决方案和应用是重点投资领域。
     投资数据还显示,美国是目前工业3D打印公司的主要集中地,80%获得投资的3D打印公司的总部都设在美国。其中,Carbon、Desktop Metal和Formlabs三家美国3D打印公司均为估值超过10亿美元的独角兽企业。
3.原型设计仍然是主要应用领域
       受制于各种因素,目前3D打印的应用更多聚集在产品需求量较小的原型设计环节,但原型设计市场规模相对较小(估计为10亿美元)。例如,2018年,3D Hubs在线制造平台在美国打印了超过35万个零件,其中有20%的需求来自美国加州,主要是一些科技创业公司用于原型设计的需求。
 
3D Hubs的调研结果还显示,90%的工程师不会考虑将3D打印用于超过100个零件的生产。
    但值得期待的是,一些大型制造企业正在通过3D打印向小规模生产和大规模制造迈出第一步,这些市场的规模是原型设计市场的10-100倍,将为3D打印的未来增长创造新的机会。
4.在线3D打印:新的前沿
    在3D打印市场的各领域中,在线3D打印正在成为整个行业的前沿领域。
在线3D打印市场规模
据Wohler's Associates的数据显示,在线3D打印约占3D打印服务提供商总收入的37%。
 

3D Hub的用户调研数据则显示,在线3D打印当前市场规模占服务提供商的35-45%,约13亿到16亿美元。
欧美主导全球在线3D打印需求
    3D Hubs平台的交易数据显示,2018年全球共订购了超过75万个3D打印的零部件。从这些在线3D打印需求在全球的地理分布来看,美国(49.4%)和欧洲(41%)占到全球总需求的90%,可以说主导着全球在线3D打印需求。此外,亚太地区在线3D打印需求目前占比仅为9%。
 

    另据Google趋势显示,2018年,对于与商业和工业环境中3D打印主题相关的查询,在亚太地区与欧洲、美国一样受到欢迎。这也表明亚太市场在不久的将来会迎来3D打印行业的增长。
工业与电气:在线3D打印的主流行业
    据3D Hubs提供的数据,在2018年全球在线3D打印的行业需求中,工业(31.1%)和电气(20.8%)行业占据了五成的市场需求,其次是消费品行业(14.1%)。
 

    另一方面,航空航天和汽车行业的工程师并不太倾向于使用在线服务,两者只占总需求的10%。这些早期的增材制造采用者更倾向于通过自己的3D打印设备或其他内部渠道来进行原型制作和生产。
5.按需制造:新商业模式的兴起
    我们生活在一个日益随需而变的世界里,各种新技术正在推动传统制造向“制造+服务”的新模式转变。“按需制造”的概念被越来越多的人以多种不同的方式提及,诸如在线3D打印服务、数字制造、制造即服务、合同制造等概念都属于“按需制造”的范畴。
    在传统制造业,通常企业需要根据客户需求确定工厂规模和生产线,还要考虑零部件交货周期、库存数量、仓储、运输成本等一系列生产因素,以及随之增长的土地、劳动力、税收的变化。所有这些都意味着大量的成本和风险,而基于3D打印的按需制造有望改变传统制造的产品交付方式。
 
这种按需制造模式强调交付速度和在使用传统方法(如CNC加工或注塑成型)更经济的情况下大规模生产零件的能力。与此同时,通过使用软件(如预测分析)来提供即时的成本估算,对缩短客户从询价开始,到零件产品送达客户手中的交付周期至关重要。
在此背景下,3D打印正在创建一个全新的“数字制造生态系统”,利用“互联网+软件+硬件”的模式,使“在线报价+线下生产”成为未来的一种行业趋势,而这在很大程度上得益于3D打印成本的下降以及新材料技术的发展。