3D列印是三維快速成型列印，是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型檔案為基礎，運用粉末狀金屬或塑膠等可黏合材料，透過逐層列印的方式來構造物體的技術。

在新思界釋出的《2017-2021年3D列印行業市場深度調研及投資前景預測分析報告》中，描述了未來3D列印行業發展方向及應用領域：

1、鐳射金屬3D列印領域快速發展，應用端空間漸開啟

鐳射金屬3D列印被稱為“3D列印王冠上的明珠”，是門檻最高、前景最好、最前沿的技術之一。2015-2016年，全球鐳射金屬3D印表機銷量保持兩位數增長，是工業級3D列印領域逆勢上漲的一朵“奇葩”。在汽車製造、航空航天等高精尖領域，有些零部件形狀複雜、價格昂貴，傳統鑄造鍛造工藝生產不出來或損耗較大，而鐳射金屬3D列印則能快速製造出滿足要求、重量較輕的產品。2015年11月，奧迪公司使用金屬3D列印技術按照1：2的比例製造出了Auto Union(奧迪前身)在1936年推出的C版賽車的所有金屬部件；2016年9月，GE斥資14億美元收購了瑞典Arcam公司和德國SLM Solutions集團兩大金屬3D列印巨頭，加快佈局3D列印航空發動機零部件業務。此外，醫療器械、核電、造船等領域對金屬3D列印的需求也十分旺盛，應用端市場正逐漸開啟。

2、產品生產方式加速變革，“整”“分”製造攜手共進

3D列印是工業4.0時代最具發展前景的先進製造技術之一，它從兩個方面改變了產品的生產方式。一方面，傳統制造業以“全球採購、分工協作”為主要特徵，產品的不同部件往往在不同的地方進行生產，再運到同一地方進行組裝。而3D列印則是“整體制造、一次成型”，省去了物流環節，節約了時間和成本。另一方面，傳統制造業以生產線為核心、以工廠為主要載體，生產裝置高度集中。而3D列印則體現了以大資料、雲計算、物聯網、移動網際網路為代表的新一代資訊科技與製造業的融合，生產裝置分散在各地，實現了分散式製造，從而省去了倉儲環節。“整體制造”和“分散式製造”在字義上看似矛盾，在3D列印技術上則實現了統一，前者強調生產過程，後者強調生產行為，共同推動著產品生產方式的變革。

3、成型尺寸向兩邊延伸，大小產品顛覆想象

一方面往“大”處跨，從小飾品、鞋子、傢俱到建築，尺寸不斷被重新整理，特別是汽車製造、航空航天等領域對大尺寸精密構件的需求較大，如2016年珠海航展上西安鉑力特公司展示的一款3D列印航空發動機中空葉片，總高度達933mm。另一方面向“小”處走，可達到微米奈米水平，在強度硬度不變的情況下，大大減輕產品的體積和重量，如哈佛大學和伊利諾伊大學的研究員3D打印出比沙粒還小的奈米級鋰電池，其能夠提供的能量卻不少於一塊普通的手機電池。

4、材料瓶頸待攻克，“質”“量”趨升“價”趨降

3D列印材料是3D列印技術發展不可或缺的物質基礎，也是當前制約3D列印產業化的關鍵因素。近年來，隨著3D列印需求的增加，3D列印材料種類得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料等三大類。但與傳統材料相比，3D列印材料種類依然偏少。以金屬3D列印為例，可用材料僅有不鏽鋼、鈦合金、鋁合金等為數不多的幾種。另外，3D列印對材料的形態也有著嚴格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價格比較昂貴，根本無法滿足個人與工業化生產的需要。足夠多“買得起”的材料才能為技術的發展提供足夠多的選擇空間、為應用的擴充套件提供足夠多的想象空間。

新思界產業研究分析師認為：未來，3D列印材料將成為研究開發的焦點、資本湧入的風口，材料種類、形態將得到進一步拓展，價格下降可期，精度、強度、穩定性、安全性也更加有保障。

從我們前幾年對3D列印的市場和技術分析，瞭解的情況如下，供大家參考。

3D列印產業的市場及技術趨勢

近幾年， 3D列印的總體發展趨勢是速度更快、精度更高、效能更優、質量更可靠的方向發展，主要呈現出以下發展趨勢：

1、工業級市場競爭日益加劇

近幾年，桌面3D印表機銷量呈現大幅增長，而工業級3D印表機則略顯慘淡。2016年，全球桌面3D印表機同比增加15%，工業級3D印表機卻減少15%。桌面3D印表機門檻低、設計簡單，是企業進軍3D列印領域的較好入口。但經過多年的發展，桌面級市場的競爭出現了市場利潤小、精度低、實用性不佳，天花板效應明顯。而工業級市場契合了智慧製造的理念，可廣泛運用於汽車、航空航天、機械工業、醫療等市場需求大、發展潛力大的領域，隨著技術的逐漸成熟和成本的不斷降低，市場潛力將會隨著技術的創新突破而爆發。

2、金屬3D列印領域快速發展

金屬3D列印是門檻最高、前景最好、最前沿的技術之一，是工業級3D列印領域的一個強勁增長的領域，在汽車製造、航空航天等高精尖領域，有些零部件形狀複雜、價格昂貴，傳統鑄造鍛造工藝生產不出來或損耗較大，而金屬3D列印則能快速製造出滿足要求、重量較輕的產品。奧迪公司已使用金屬3D列印技術按照1:2的比例製造出了1936年推出的C版賽車的所有金屬部件。此外，醫療器械、核電、造船等領域對金屬3D列印的需求也十分旺盛，應用端市場正逐漸開啟。

3、與資訊科技進一步融合，實現“分佈製造”

傳統制造業是以“全球採購、分工協作”為主要特徵，產品的不同部件往往在不同的地方進行生產，再運到同一地方進行組裝。而3D列印則是“整體制造、一次成型”，省去了物流環節，節約了時間和成本。此外，傳統制造業以生產線為核心、以工廠為主要載體，生產裝置高度集中。而3D列印則體現了以大資料、雲計算、物聯網、移動網際網路為代表的新一代資訊科技與製造業的融合，生產裝置分散在各地，實現了分散式製造，從而省去了倉儲環節。“整體制造”和“分散式製造”在字義上看似矛盾，在3D列印技術上則實現了統一，前者強調生產過程，後者強調生產行為，共同推動著產品生產方式的變革。

4、產品尺寸將不斷延伸，突破當前的工業規格範圍

隨著3D列印應用領域的擴充套件，產品成型尺寸正走向兩個極端。一方面向“大”研製，從小飾品、鞋子、傢俱到建築，尺寸不斷被重新整理，特別是汽車製造、航空航天等領域對大尺寸精密構件的需求較大，如2016年珠海航展上展示的一款3D列印航空發動機中空葉片，總高度達933mm。另一方面向“小”發展，可達到微米奈米水平，在強度硬度不變的情況下，大大減輕產品的體積和重量，如哈佛大學和伊利諾伊大學的研究員3D打印出比沙粒還小的奈米級鋰電池，其能夠提供的能量卻不少於一塊普通的手機電池。未來，3D列印的成型尺寸將不斷延伸，突破當前的產品尺寸。

5、3D列印材料將不斷創新突破

隨著3D列印需求的增加，3D列印材料種類得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料等三大類。但與傳統材料相比，3D列印材料種類依然偏少。以金屬3D列印為例，可用材料僅有不鏽鋼、鈦合金、鋁合金等為數不多的幾種。另外，3D列印對材料的形態也有著嚴格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價格比較昂貴，無法滿足個人與工業化生產的需要。價格低廉的材料才能為技術的發展提供足夠多的選擇空間、為應用的擴充套件提供足夠多的想象空間。

未來，3D列印材料將成為研究開發的焦點、資本湧入的風口，材料種類、形態將得到進一步拓展，價格下降可期，精度、強度、穩定性、安全性也更加有保障。

6、醫療領域前景巨大

3D列印的“個性化定製”與醫療行業的“對症下藥”有著天然的契合性，二者的結合主要體現在四個方面。一是術前演練，利用3D列印技術還原出病患部位模型，讓醫生更直觀地瞭解病理結構，增加了手術的成功率。二是醫療器械，包括助聽器、護具、假肢等外部裝置以及關節、軟骨、支架等內植物。三是“量身”製藥，根據患者的生理特點、具體需要調配藥物，提高了藥物的有效性。四是生物列印，用人造血管、心臟、神經、面板等來修復、替代和重建病損組織和器官。

儘管3D列印在醫療領域的應用還面臨著材料、成本、精度、標準等制約，市場規模也較小，但考慮到醫療領域巨大的需求潛力與極小的需求彈性，3D列印在醫療領域的應用將不斷擴充套件，在實施更為精準的診療方案、提供更為充足的移植器官等方面大顯身手。

7、混合列印具有極大的市場空間

未來，3D印表機可實現3D列印技術與傳統數控機床技術（或不同3D列印技術）的自由切換，實用性將變得更強；3D印表機可以處理的材料更加豐富，金屬、塑膠、橡膠等多種材料（或不同屬性的材料）的混合使用，將加工出結構更為複雜的產品；打印出的產品也會更豐富。

如日本就研發出的一款五軸混合3D印表機（由3D印表機與數控銑床混合而成），能夠在現有工業級5軸控制技術的基礎上連續進行擠出式3D列印和銑削作業；MIT研發的MultiFab 3D印表機能同時處理包括晶狀體、紡織物、光纖等10種材料；加拿大的ORD Solutions公司推出的一款3D印表機，可以使用五種不同顏色的線材打印出色彩多樣的產品。

（四）制約3D列印產業發展的主要因素

1、材料種類少、問題多

3D列印主要由裝置、軟體、材料三部分組成，其中材料是不可或缺的環節。而現在業界主要研究的是裝置和軟體，對材料研究還不夠重視。理論上來說，所有的材料都可以用於3D列印，但目前主要以石膏、光敏樹脂、塑膠為主，這很難滿足大眾使用者的需求。工業級的3D列印材料更是十分有限,目前適用的金屬材料只有10餘種，而且只有專用的金屬粉末材料才能滿足金屬零件的列印需要。需要用到金屬粉末材料的3D列印為工業級印表機，即選擇性鐳射燒結（SLS）和選擇性鐳射熔化（SLM）技術。

目前在工業級列印材料方面存在的問題主要是：

第一，可適用的材料成熟度跟不上3D市場的發展；第二，列印流暢性不足；第三,材料強度不夠；第四，材料對人體的安全性與對環境的友好性的矛盾；第五是材料標準化及系列化規範的制定。

3D列印對粉末材料的粒度分佈、松裝密度、氧含量、流動性等效能要求很高。但目前還沒有形成一個行業性的標準，因此在材料特性的選擇上前期要花很長的時間。

2、價格高、研發難度大

根據不同的用途,金屬材料製備的工件要求強度高、耐腐蝕、耐高溫、比重小、具有良好的可燒結性等。同時，還要求材料無毒、環保；效能要穩定，能夠滿足印表機持續可靠執行。功能應該是越來越豐富，例如現在已對部分材料提出了導電、水溶、耐磨等要求。另外，還有最重要的是經濟性要好，簡單說就是成本低，客戶用得起。否則，很難在市場上大規模推廣及應用。

原材料價格降低的途徑只能是關鍵技術的突破，但這難度比較大，在一些特殊領域要求非常高。比如在醫學應用領域要做到無毒無害的同時還要做到生物相容性等，技術要求非常複雜，金屬粉末的製備技術，即獨特的霧化工藝和霧化制粉裝置也都是難點。沒有大量的研發攻關很難解決。

3、資訊不對稱、市場認可度低

近年來，客戶需求也在不斷變化，要求越來越精細化，對材料的成分、工藝性、雜質含量等都要求更高。3D列印材料中以金屬粉末應用市場最為廣闊。因此，直接用金屬粉末燒結成型三維零件是快速成形制造最終目標之一。由於各種金屬材料的化學成分、物理性質不同，因此成型的機理也各具特徵，對金屬粉末的效能要求也更為嚴苛。目前僅德國的EOS公司能生產出有限的幾種金屬粉末，如：不鏽鋼粉、鋁矽粉、鈦合金粉，但價格是傳統粉體的10-20倍。

我們中科達孵化器在很多技術領域做過深入調研，同時，也幫助技術企業對接中科院所專業領域的資源，並輔之以商業模式設計。希望有機會幫到各類技術相關企業。