工业3D打印：一场仍处在初级阶段的技术革命

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。

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。

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。

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。

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。

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。

目前，可实现快速周转的按需制造服务正在悄然展开，包括ProtoLabs、3D Hubs 、Pleuthora、Star Rapid、Xometry和3ERP等3D打印技术公司是这种模式的典型代表。

• 机械加工车间即服务Proto labs

美国公司Proto labs的实践很好地诠释了传统制造业向服务业转型的内涵。公司成立于1999年，为用户提供基于在线订单的原型定制和小批量的零部件生产服务。

公司于2012年上市，当前市值超过28亿美元，比Stratasys、3D Systems和ExOne三家3D打印公司的市值总和还要大。

公司自称是“世界上最大、最快的数字制造商”，当用户上传了产品3D模型后，在几小时内即可收到带有设计反馈和定价信息的自动报价。从预生产到制造，再到检测和物流，通常在15天或更短的时间内即可完成。

目前公司在全球拥有12个生产基地，每月制造390万个零部件，为60个国家的45000名产品开发人员提供3D打印服务。

• 分布式3D打印服务平台3D Hubs

荷兰分布式3D打印服务平台3D Hubs成立于2013年，在全球150个国家和地区拥有涵盖6370个3D打印服务的网络，据称可以让超过10亿人在距家10英里的范围内使用合作伙伴的3D打印系统。

公司为各种规模的工程公司和个人提供服务。通过该平台，用户可以获得即时报价，订单确认后，在5分钟以内即可开始生产。公司称，用户通过该平台已经生产了200多万个零部件，平均周转时间仅为两天，其效率远超传统制造流程。

2018年9月，该公司宣布将业务重心转移到企业级服务，这在一定程度上印证了工业3D打印才是未来3D打印最重要的市场。

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