最早3D打印一詞的出現(xiàn)可追溯到二十世紀(jì)五十年代，直到1988年，麻省理工學(xué)院Ely Sachs教授及其同事研發(fā)出binder jetting prototype（粘合劑噴射原型）并給出3D Printing 的命名。

因此，“3D 打印”一詞最初指的是binder jetting（粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)）。如今，全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)使用官方術(shù)語“增材制造/Additive Manufacturing，AM”來指代更廣泛的增材制造技術(shù)。

3D打印，又稱增材制造，作為一種制造技術(shù)，映射的是先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展和沿革。其可應(yīng)用于工業(yè)制造、航空航天、汽車、消費(fèi)品和醫(yī)療保健等行業(yè)，為生產(chǎn)帶來經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

增材制造產(chǎn)業(yè)30年發(fā)展以來，在技術(shù)先進(jìn)性和企業(yè)成熟度方面，形成以歐美國家領(lǐng)銜，中國等國家相繼追趕的局面。

鑒于市場和企業(yè)對增材制造商業(yè)價(jià)值的逐步認(rèn)可，CB Insights 從全球增材制造公司的發(fā)展情況切入，結(jié)合技術(shù)應(yīng)用、資本市場、企業(yè)資源三個(gè)角度，臨摹全球增材制造產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)階段發(fā)展景圖。

全球突破百億美元市場規(guī)模，增材制造技術(shù)商業(yè)價(jià)值凸顯

什么是增材制造？

3D 打印產(chǎn)業(yè)，也稱增材制造產(chǎn)業(yè)是先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分。增材制造（AdditiveManufacturing，AM）是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了制造方式從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變，改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式。

增材制造設(shè)備是指依據(jù)三維 CAD 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，采用離散材料（液體、粉末、絲等）逐層累加原理制造實(shí)體物件的技術(shù)設(shè)備。

市場和企業(yè)為什么關(guān)注增材制造技術(shù)的應(yīng)用？

從產(chǎn)業(yè)成型來看，經(jīng)過 30 余年，3D 打印已形成較成熟的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，并且在消費(fèi)、工業(yè)、汽車、醫(yī)療諸多應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)試產(chǎn)或應(yīng)用。

從政策來看，全球發(fā)達(dá)國家和新興發(fā)展中國家，多將增材制造技術(shù)視為未來 5-10 年戰(zhàn)略性發(fā)展技術(shù)，同時(shí)配合相關(guān)支持政策大力推動(dòng)各國增材制造企業(yè)成長。世界范圍內(nèi)，America Makes、ANSI、ASME、ASTM、ISO、NIST、SME、the U.S. Department of Commerce 等均通過制定標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)政策推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。

圖丨Original binder jetting prototype （來源：MIT）

中國相繼印發(fā)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》、《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）》、《增材制造標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)計(jì)劃（2020-2022年）》等文件推進(jìn)增材制造的深化發(fā)展。

從增材制造技術(shù)/3D 打印技術(shù)為企業(yè)真實(shí)提供的有效價(jià)值來看，加快產(chǎn)品生產(chǎn)速度、提供定制化產(chǎn)品、小批量快速生產(chǎn)、聯(lián)合生產(chǎn)、增加零部件生產(chǎn)靈活性、減少生產(chǎn)工具成本等優(yōu)勢，確實(shí)讓各行業(yè)企業(yè)、設(shè)計(jì)人員、生產(chǎn)人員看到了“經(jīng)濟(jì)”、“實(shí)惠”、“高效”生產(chǎn)方式的可能性。

全數(shù)字化是增材制造產(chǎn)業(yè)的本質(zhì)特點(diǎn)，增材制造從設(shè)計(jì)到優(yōu)化、仿真到工藝、以及全周期的設(shè)備維護(hù)，都是數(shù)字化過程。因此，增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)從本質(zhì)上來說，具有非常大的差別，嚴(yán)格來說，很多增材制造技術(shù)能完成的設(shè)計(jì)和制造，傳統(tǒng)的等減材不一定能實(shí)現(xiàn)。

圖丨3D 打印為工業(yè)品制造帶來哪些優(yōu)勢 （來源：CB Insights）

增材制造產(chǎn)業(yè)上下游及主要技術(shù)

增材制造產(chǎn)業(yè)鏈

按照 3D 打印使用的上游原材料劃分，可分為金屬材料 3D 打印和非金屬材料 3D 打?。话凑諔?yīng)用領(lǐng)域劃分，可分為消費(fèi)級(jí) 3D 打印和工業(yè)級(jí) 3D 打印。工業(yè)級(jí) 3D 打印的精度更高、速度更快，但在設(shè)備尺寸方面的優(yōu)勢不明顯。

未來金屬工業(yè)級(jí) 3D 打印增長是大勢所趨，根據(jù) Wohlers Associates 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017 年全球工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備（指面向工業(yè)且銷售售價(jià)在 5000 美元或更高的機(jī)器）銷售量達(dá)到 14736 臺(tái)。在汽車、航空航天、核工業(yè)等工業(yè)制造領(lǐng)域，金屬材料 3D 打印技術(shù)已展現(xiàn)增長勢頭。

圖丨增材制造上下游環(huán)節(jié)（來源：公開資料整理）

增材制造材料與技術(shù)

3D 打印在 30 多年的發(fā)展中，處于多種技術(shù)路線共存的狀態(tài)，工藝選擇取決于材料和設(shè)備，以及下游應(yīng)有場景的差異性。金屬 3D 打印工藝原理主要分為粉末床選區(qū)熔化和定向能量沉積兩大類別，非金屬材料打印的工藝原理主要是材料擠出、材料噴射、粘結(jié)劑噴射等。

圖丨DMG Mori 機(jī)器在很快時(shí)間內(nèi)即可完成“3D 打印”零部件（來源：CB Insights）

表丨代表性增材制造材料與技術(shù)（來源：公開資料整理）

金屬 3D 打印的技術(shù)原理是分層制造、逐層疊加，適用于小批量、復(fù)雜化、輕量化、定制化、功能一體化零部件制造，多適用于工業(yè)品制造、模具制造過程。Sculpteo 通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)品制造時(shí)，SLS、FDM、SLA 為主要采用的技術(shù)。

圖丨工業(yè)品制造時(shí)采用哪種3D打印技術(shù)（來源：CB Insights）

增材制造下游應(yīng)用

根據(jù) Wohlers Associates 數(shù)據(jù)，工業(yè)機(jī)械、航空航天和汽車是增材制造下游應(yīng)用最多的三個(gè)領(lǐng)域；消費(fèi)品和醫(yī)療保健行業(yè)有望成為未來增長較快的行業(yè)。

圖丨增材制造下游應(yīng)用（來源：CB Insights）

全球及中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模

2019 年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破 100 億美元。根據(jù) SmarTech Analysis 數(shù)據(jù)，未來十年全球增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計(jì)以 15%-20% 的增速逐年增長。

2019 年全球增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破 100 億美元（約 700 億人民幣）大關(guān)，預(yù)計(jì)十年后達(dá)到 538.4 億美元，實(shí)現(xiàn) 10 年翻 5 倍的規(guī)模增長。

全球增材制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，硬件和材料兩個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)規(guī)模占比約 50%，服務(wù)部分產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大，獨(dú)占半壁江山，而軟件作為前置輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)規(guī)模最小（約百億美元規(guī)模）。

圖丨全球增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（來源：SmarTech Analysis）

2020 年，中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計(jì)突破 200 億元。根據(jù)中國工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模以 25%-30% 的增速逐年增長。

2017 年仍未突破百億元大關(guān)，預(yù)計(jì) 2020 年可以實(shí)現(xiàn)翻一番的規(guī)模；2019 年中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到 157 億元，2022 年有望增長至 348 億元，實(shí)現(xiàn)約 30% 的年增速。

圖丨中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模（來源：CB Insights）

全球投融資情況與明星企業(yè)

全球投融資概述

2019 年，全球 3D 打印融資金額超過 12 億美元，融資事件突破 150 件。盡管在數(shù)量和金額的絕對值上沒有達(dá)到特別驚人的量級(jí)，但至少保持了逐年增加的上漲趨勢。

從輪次分布來看，八成初創(chuàng)公司處在 B 輪及之前，側(cè)面印證全球 3D 打印市場及公司發(fā)展尚處于早期。

圖 丨全球3D打印融資事件數(shù)量與金額（來源：CB Insights）

圖 丨全球3D打印融資事件按輪次分布（來源：CB Insights）

從地域分布來看，美國依然一馬當(dāng)先，綜合來看，無論是在巨頭企業(yè)擴(kuò)張、科技巨頭投資并購、初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量、初創(chuàng)企業(yè)成長速度來看，美國都走在前列。其他國家包括日本、德國、以色列等科技實(shí)力強(qiáng)國；中國在初創(chuàng)公司數(shù)量和質(zhì)量上面，有著穩(wěn)步發(fā)展。

圖 丨全球3D打印融資事件按地域分布（來源：CB Insights）

全球獨(dú)角獸及初創(chuàng)企業(yè)代表

全球 3D 打印領(lǐng)域獲得融資最高的初創(chuàng)公司前五名，均為美國企業(yè)。其中涵蓋全球 3D 打印領(lǐng)域的三個(gè)獨(dú)角獸：Carbon、Desktop metal、Formlabs。

2010 年至 2015 年這段時(shí)間，上述三家美國獨(dú)角獸公司相繼獲得早期投資，經(jīng)過不到 10 年的發(fā)展，它們陸續(xù)獲得 5 輪左右的融資，投資人不僅有 VC、CVC，還包括科技巨頭、行業(yè)巨擘。

無論是成長階段、商業(yè)化速度，還是融資額度和公司體量，美國公司均走在世界前列。

圖 丨全球3D打印初創(chuàng)公司圖景（來源：CB Insights）

麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)等一眾美國高等學(xué)府，成為 3D 打印明星企業(yè)的人才搖籃。主修電氣、計(jì)算機(jī)、化學(xué)、材料和航天航空等硬科技專業(yè)，成為創(chuàng)業(yè)公司高管和員工的共同屬性。

3D 打印明星企業(yè)由科研精英所引領(lǐng)，Carbon 和 Revo 塑成之于弗吉尼亞理工，F(xiàn)ormlabs 之于哈佛大學(xué)，Desktop metal 之于麻省理工。

值得注意的是，在 3D 打印領(lǐng)域，除了美國的企業(yè)和人才表現(xiàn)突出，英國、德國和以色列公司、技術(shù)也嶄露頭角，例如 3YOURMIND、metalysis、XJet 等初創(chuàng)企業(yè)均獲得了千萬級(jí)美元的融資。

圖 丨全球3D打印獲得融資額最高的初創(chuàng)公司Top15（來源：CB Insights）

明星企業(yè) Carbon：估值 24 億美元的 3D 打印獨(dú)角獸

Carbon 成立于 2013 年，獲得 6.92 億美元融資，成為 3D 打印界拿到融資最多的初創(chuàng)公司，集硬件、軟件及材料與一體，采用“只租賃不賣”的設(shè)備運(yùn)營模式，為眾多企業(yè)提供 3D 打印數(shù)字化解決方案。

Carbon 擁有超豪華投資陣容，除了頂級(jí)風(fēng)投外，GE、BMW、Nikon、Adidas 、Johnson & Johnson 等各行業(yè)頂尖科技巨頭均有投資。

圖 丨Carbon歷史融資（來源：CB Insights）

Carbon 公司采用 Digital Light Synthesis / DLS 技術(shù)（數(shù)字光合成技術(shù)），這項(xiàng)技術(shù)使用數(shù)字光投射、透氧光學(xué)片和可編程液體樹脂來生產(chǎn)具有卓越機(jī)械性能、分辨率和表面光潔度的零件。

硬件是其明星產(chǎn)品，Carbon公司的主打產(chǎn)品是 Digital Light Synthesis 技術(shù)驅(qū)動(dòng)的 3D 打印機(jī)。M2 和 L1 型號(hào)的 3D 打印機(jī)與 Smart Part Washer （自動(dòng)化智能零件清洗機(jī)）一起工作，為多個(gè)行業(yè)提供制造流程來設(shè)計(jì)、原型制作、生產(chǎn)和交付最終用途零件。

Carbon 的產(chǎn)品主要應(yīng)用在以下五個(gè)場景：汽車、消費(fèi)、牙科、工業(yè)和生命科學(xué)。

Carbon 和各品牌的主要合作關(guān)系有：汽車企業(yè)：福特，蘭博基尼，寶馬和Aptiv；消費(fèi)品：adidas、Riddell Sports、Vitamix；工業(yè)/航空航天領(lǐng)域：NASA；牙科和生命科學(xué)行業(yè)：Johnson＆Johnson，Becton，Dickinson＆Company 和National Dentex Labs（NDX）等。

Carbon 技術(shù)團(tuán)隊(duì)由硬件研發(fā)、 軟件研發(fā)和分子材料領(lǐng)域的技術(shù)人員構(gòu)成，公司規(guī)模在 500 人左右。2019 年 12 月 17 日，Ellen Kullman 女士加入了 Carbon。在加入 Carbon 之前，Ellen 是杜邦公司的董事長兼首席執(zhí)行官，她是第 19 位高管，也是該公司 212 年歷史上第一位領(lǐng)導(dǎo)該公司的女性。在擔(dān)任首席執(zhí)行官的七年中，Ellen 領(lǐng)導(dǎo)公司專注于新興國際市場的增長，為杜邦的未來發(fā)展定位。她被《財(cái)富》雜志評為“商界最具影響力的 50 位女性”之一，被《福布斯》評為“全球最具影響力女性”之一。

圖 丨Carbon 團(tuán)隊(duì)（來源：官網(wǎng)）

除了大家所熟知的 Carbon 和 adidas 聯(lián)合生產(chǎn)的 Futurecraft 4D 跑鞋，為應(yīng)對 Covid-19，Carbon 利用其 DLS 技術(shù)，為美國醫(yī)護(hù)人員和急救人員提供 3D 打印鼻咽拭子和面罩。

由 Carbon 和 Resolution Medical 設(shè)計(jì)和制造的格子狀鼻拭子獲得 Fast Company 2020 年創(chuàng)新設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)，這款 3D 打印鼻咽拭子從概念到上市僅用了 20 天，這是醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的突破。

除臨床功效外，與傳統(tǒng)拭子相比，3D 打印鼻咽拭子獨(dú)特且高度靈活的構(gòu)造旨在提高患者的舒適度并顯示出卓越的柔韌性。自今年四月以來，Carbon 生產(chǎn)了超過一百萬個(gè)拭子，并在美國的醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用。

主流國家 3D 打印代表企業(yè)資源圖景

增材制造設(shè)備/系統(tǒng)制造企業(yè)

表丨全球代表性增材制造設(shè)備/系統(tǒng)制造企業(yè)（來源：CB Insights）

備注：本文僅列出全球范圍內(nèi)部分代表性企業(yè)，并未窮盡。

增材制造材料商

表丨全球代表性增材制造材料商（來源：CB Insights ）

備注：本文僅列出全球范圍內(nèi)部分代表性企業(yè)，并未窮盡。

軟件公司

表丨全球代表性增材制造軟件（來源：CB Insights ）

備注：本文僅列出全球范圍內(nèi)部分代表性企業(yè)，并未窮盡。

增材制造技術(shù)的改進(jìn)和規(guī)?；瘧?yīng)用，必將掀起一場制造業(yè)革命

國外增材制造上市公司、巨頭和 NASA 等對增材制造技術(shù)的應(yīng)用、改進(jìn)、突破，已經(jīng)印證了其在智能制造中的潛能和效用。增材制造產(chǎn)業(yè)在材料、設(shè)備方面的深入研發(fā)，在大尺寸、高精度工藝方面的持續(xù)研發(fā)，對于整個(gè)制造業(yè)來說都將具有里程碑式的意義。

分散制造是一個(gè)即將到來的變化，可以幫助制造商處理零件訂單的需求。在訂購上千個(gè)實(shí)體零件之前，設(shè)計(jì)師可以使用 3D 打印來查看未來產(chǎn)品的外觀。

分布式或分散式制造采用與之相協(xié)調(diào)的地理位置分散的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。零件訂單，尤其是制造中小型零件（如 3D 打印零件）的訂單，可以使用分布式制造平臺(tái)大規(guī)模完成。

例如 Xometry 公司允許用戶簡單地上傳一個(gè) 3D 文件，并獲得關(guān)于銑削、3D 打印甚至零件注塑成型的報(bào)價(jià)。該公司還致力于 CAD 集成，以簡化訂購過程。為了滿足所有這些按需定單，公司與 3000 多家不同的材料供應(yīng)商合作。2019 年，Xometry 從戴爾、寶馬和通用電氣（GE）等公司籌集了 5000 萬美元。

類似的，位于阿姆斯特丹的 3D Hubs 承諾能夠在“不到 5 分鐘”內(nèi)獲得零件報(bào)價(jià)并投入生產(chǎn)。2018 年，3D Hubs 從最初的社區(qū) 3D 打印機(jī)商業(yè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ｗ⒂诟叨怂芰?、金屬和注塑成型制造業(yè)務(wù)。

其次，輕量級(jí)消費(fèi)產(chǎn)品和人機(jī)融合帶來的 3D 打印也是兩個(gè)可預(yù)見的趨勢。例如比利時(shí) Materialise NV 正在與近 30 個(gè)品牌合作，生產(chǎn)消費(fèi)者可佩戴的眼鏡。HP 也在利用 3D 打印技術(shù)開啟眼鏡定制化新階段?？的螤柎髮W(xué)的一位研究人員最近展示了在 3D 打印時(shí)使用 AR/VR 繪制草圖的能力。最終，人機(jī)界面可以做到無縫，三維模型可以實(shí)時(shí)雕刻。