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国外3D打印企业发展状况研究

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国外3D打印企业发展状况研究 ■文/江洪 张晓丹 中国科学院武汉文献情报中心 一 综合性3D打印企业 自1984年世界上第1台3D打印 机诞生以来,国外3D打印技术得到 了蓬勃的发展。目前,国外3D打印产 业正逐步形成完善的产业链,在技 术开发和应用领域都形成了成熟的 3D打印企业。在3D打印行业中,美 国Steatasys及3D Systems公司通过 技术开发、兼并与整合成为了行业巨 头,老牌科技产业公司惠普也进军3D 产业并助力整个行业技术的发展。 1.3D Systems公司 1986 ̄立体光刻技术(SLA)的发 明人Charles Huu成立了3D Systems公 司,是世界上第1个生产添加制造设备 的公司。1988年,3D Systems公司成功 研制了快速成形技术并发布选择性液 态光敏树脂固化成形机,这是实现3D打 印的基础。1996 ̄,3D systems公司推 出了Actua 21o0,第1次使用了“3D打印 机”的称谓…。2001年底,3D Systems 开始施行收购计划来拓展公司的技 术范围,拓展的技术有软件、材料、打 印机、内容打印。同期,3D Systems收 购了世界上第1台高精度彩色添加制 阳Advanced Materials Industry 造机的生产商及多色喷墨3D打印领 域领导者Z Corporation公司。2014 年,3D Systems公司收购了直接金属 3D打印和制造领域的主要服务提供 商Layer Wise。2015年,继续收购了 全球第1个将熔融沉积成型技术商业 化的3D打印企业BotObjects。 目前,经过多次并购,3D Systems公司已经拥有多项3D打印 技术,包括立体光刻技术(SLA)、选 择性激光烧结技术(SLS)、彩色喷 墨印刷技术(C JP)、熔融沉积成型 技术(FDM)、多喷印技术(MJP)、直 接金属烧结技术(DMs)拉】。同时,截 至2015年12月31日,3D Systems已 经拥有包括快速原型制造系统和方 法在内的l114项技术创新专利,另 有264项专利正在申请过程中 。3D Systems打印产品线包括工业级、专 业级和消费级。在工业级,其3D打印 机产品为iPro系列,该系列产品基于 三维立体平版印刷(SLA)、选择性激 光烧结(SLS)和选择性激光熔化成型 (SLM)技术分化出十多款不同型号 ( ̄llProJet 6000、ProJet 7000等)。在 专业级,3D Systems公司Pr0jet系列 的20余款3D打印机产品分别适用于 不同的行业( ̄IProJet 3500、Zprinter 650、Zprinter 850等)。在消费级,其 最知名的3D打印机为Cube系列产 品,基于熔融堆积成型(FDM)技术 。 3D Systems公司的产品和服务 已经在许多行业得到广泛的应用。例 如:航天领域对于复杂、耐用、轻便飞 行零件的制造和加工;汽车制造领域 设计验证、可视化及新型发动机的研 究;医疗领域,定制助听器和假肢,设 计更灵活的医疗器械;教育领域,方 程、几何可视化及艺术院校的设计 活动;制造行业,加快产品开发周期 等。然而3D Systems没有局限于3D 打印设备制造的领域,而是更专注于 内容打印解决方案,包括3D打印耗 材、3D打印机、按需定制组件服务和 3D数字模型制作软件。 3D打印机使用的专有材料也是 3D Systems公司的重要业务,工程 塑料、复合材料和金属类材料等打印 材料销售额占总销售额的近30%。3D Systems服务的销售额比印刷材料 FOCUS 还要高,主要的服务包括为客户提 供数字成像和设计——三维C AD建 模,性能设计的3D创作工具,复制和 测量。同时,还提供专有软件的打印机 驱动程序,应用开发和定制设计解决 端的解决方案;发展云制造,不仅要 有4大技术平台:FDM技术、Polyjet 成为3D打印机领先的供应商,而且要 成为3D打印服务的优质提供商 。 2.Steatasys公司 1989年,ScOtt CrLlmP成功开 Matrix技术、Smooth Curvature Printing技术及Extruded plastic filament技术,这4种技术特色如表1 所示 】。截至2015年12月31日,现在 Stratasys公司已经是在世界各国拥 方案的安装,保养及维修服务。除此之 外,3D Systems还提供了一套全面的 按需定制(on-demand) ̄务,以满足 客户从设计到生产的全流程要求。3D Systems还为客户提供专有的软件 工具,包括Alibre Design,Cubify 发出FDA(熔融快速成型)技术并 与同伴共同创立了Steatasys公 司。Steatasys在1992年推出其 有800多个专利。 按照用途及容量分 3D打印的首个产品。1995年该公 司收购了IBM相关技术;2011年5 类,Stratasys的打印机产品有 Idea、Design、Production和Dental等 4个系列。各系列打印机产品的比较如 表2所示。 月,Stratasys收购了Solidscape公 司,从而获得了蜡模和铸件制作的先 进技术;2012年4月,Stratasys以14 Invent和Rapidform。针对消费级 市场,3D Systems建立了Cubify网 此外,收购Mal rBac后,S昀切s 碍 到MakerBot Replicator2的桌面级和 实验室级3D打印机产品以及相关的 扫描设Digitizer 3DScanner、3D打 印网站Thingiverse等 。 站,通过线上为客户提供内容创作,内 容下载和共享以及线上打印功能。针 对工业级市场,3D Systems建立了 Quickparts网站,专注于工业级的定 制要求。 3D Systems已经逐渐发展为全 亿美元收购了拥有Polyjet Matrix技 术以色列Obj et公司;2013年6月,继 续收购了MakerBot公司,加强了在桌 面消费级市场的影响力。 兼并整合后的Steatasys公司拥 目前,Stratasys的产品在概念建 球化的3D打印企业,其硬件销售、耗 材销售、服务销售是企业发展的3大 支柱。在未来3D Systems将在丰富的 产品线基础上,进一步向消费级、高端 和专用(医疗)领域发展,扩大市场占 有量;增加打印材料的研发投入,生 产下一代打印材料;重视3D扫描、设 计、测量软件的集成,为客户提供端到 衰T Steatasys公司拥有4大技术平台比较 衰2 Strstasys公司打印机产品表 斯脚翻产业NO.O1 2017田 模、功能性原型设计及实现、制造加 工、最终用途零件生产、修整零件及 高级应用方面取得了广泛的应用。概 念建模具体应用实例有建筑模型、人 主要用于快速制造。4200具备更高的 育运动产品巨头耐克、汽车制造业巨 头宝马的青睬。在未来惠普将着力发 展嵌入式智能打印,如零部件中的传 感器;通过嵌入式信息打印零部件的 3D打印技术。 制造能力水平,其3D打印速度提升 了25%,冷却速度提升了5倍,加入紧 急需要处理机制:即可以在正在进 行的打印作业中添加额外部件的功 体工程学研究、市场营销和设计;功 能性原型设计及实现在活动铰链、模 拟成型、软触感零件方面得到了成 能。这2个系统的热力学控制功能可 以实时控制打印床上的900个点,从 而可以使每一层粉末的质量保持一 致,甚至可以根据需要进行逐层的 二、特定领域和细分市场3D 打印企业 除了以上的综合性龙头企业 功的实践;修整更是包含了喷砂处 理、粘合和胶合、电镀、质量精加工、上 漆、PPSF精加工、密封FDM零件、平 纠正。这2款机器都有3个打印头,每 个打印头上都有1万个喷嘴,分辨率 可达1 200dpi。目前的尺寸精度为 0.2mm。3200和4200目前使用的都是 热塑性塑料,并且可以对打印对象进 行清理、回收打印材料 。 惠普解决了当前3D打印技术面 外,3D打印行业还存在一些运 作的3D打印设备制造商包括:德国 Concept Laser公司、EOS公司等,它 们分别在特定领域和细分市场具有比 较优势。 滑FDM零件8方面应用。此外,还有 MRI组件、优化支撑、可溶性芯37y面 的高级应用 。 3.惠普公司 惠普公司于2015年l1月正式分 拆为2家的公司,其中HP Inc. 公司主要控制和经营公司的打印机 和电脑产品。公司成立了专门研发3D 打印机及其衍生服务和产品的新部 门。2016年5月17日,惠普宣布发布 2款打印速度更快、成本更低的高端 3D打印机HP Jet Fusion 3D 3200 1.德国Concept Laser公司 C oncept Laser公司,该公司拥 临的3个主要问题:速度、精度和成 本。惠普3D打印机在打印速度方面有 很大的突破。同样批量生产1 000个齿 有LaserCUSING技术专利,在激光熔 化(LaserCUSING)技术领域处于领 先地位。Concept Laser的3D打印机 产品见表3。企业的主打产品是X系 列1000R工业级3D打印平台,具有高 轮,使用新多喷头熔融技术的惠普打 印机只需3h即可完成,现有3D打印 机至少需要38h才能完成,惠普比使 用高品质的激光烧结设备快10倍以 上。在价格方面,可将打印成本降低 打印速度、良好的表面质量以及稳定 的打印质量的优势。它可以处理各种 各样的金属零部件,如热作模具钢、不 和4200。与其他高端3D打印机不同 的是,该打印机采用多射流熔融技术 (MJF),不使用激光处理打印材料,在 使用热“喷墨”阵列引入添加化学剂融 合材料前,它会铺设薄薄一层粉末,这 令惠普打印的物体层层分隔,直到物 体全部完成。 HP Jet Fusion 3D 3200主要 50%。该技术通过先铺一层粉末,接着 喷射熔剂,与此同时还会喷射一种精 细剂(detailing agent),然后再在上 面施加一次热源的工作方式保证了打 印对象边缘的精细度 …。 惠普3D打印机的问世引起了3D 锈钢、镍基合金、钴一铬合金,钛的合 金、活性粉末材料如铝,贵金属等。除 了应用于汽车、航空航天外,在医 疗、牙科、珠宝设计等方面也有广泛的 应用。 Concept Laser公司占据了一定 是为快速原型而设计的,而4200 ̄J 打印的新变革,一经发布就引起了体 的3D打印机市场,截至2015年末,全 表3 Concept Laser公司打印机产品表… 啊Advanced Materials Industry 世界Concept Laser激光熔融设备 的安装数量总计已超过550台。在未 来,Concept Laser公司将开发模块化 结构的新设备。这种结构可以以任意 数量组合出不同的产品,从而形成完 全自动化的机器网络在在进行部件的 精加工生产过程中,实现增材技术设 备和常规设备的自动化和互联化“ 。 2.德国EOS公司 1989年,Dr.Hans Langer和 Dr.Hans Steinbichler合伙发明了基 于SLS和SLA的快速成型RP(Rapid Prototyping)和增量制造AM (Additive Manufactuing)技术,在此 基础上成立了德国EOS公司(Electro Optical System)。EOS公司现在已经 是世界著名的快速成型设备制造商和 E制造方案提供商,其塑料类材料的 粉末烧结成型技术处于世界领先的地 位 。EOS公司的申请的专利可划分 为4个方面:烧结工艺、烧结装置、烧 结材料和辅助设备,基本上涵括了激 光烧结相关技术的各个方面u 。 E0S公司快速成型产品 有:Formigap系列、砂质打印机 E0SINTS系列、基于DMLS技术的 金属3D打印机EOSINTM系列及基 于SLS的塑料3D打印机EOSINTP 系列。其服务的产品涵盖了飞机、汽 车、发动机、民用、医疗、工业工具、机 电设备等领域。 3.美国Sciaky公司 Sciaky公司是一家专业焊接公 司,电子束焊接是公司的核心竞争 力。在3D打印领域,Sciaky公司是金 属3D打印技术的全球领导者。早在 2009年就推出了系列电子束增材制造 (EBAM)技术设备。EBAM是世界上 最快的金属3D打印工艺,利用功率高 达42kW的电子束,每小时可打印 l FOCUS E重目 15~40磅的金属钛,而大多数竞争者 级打印机的生产销售与3D打印服 仅能达到5磅/h[ 】。 务。EXOne公司的技术独到之处是可 Sciaky又推出了4款具有中等尺 以打印砂子,所以非常适合制作铸造 寸、大尺寸和超大尺寸金属部件的打 用的砂模,除了砂子之外,ExOne的设 印能力的EBAM金属3D打印设备。其 备还可以打印玻璃等材质,制作复杂 中19英尺长的超大尺寸EBAM 300 空间结构的玻璃制品。¨ 。 系列拥有世界上最大的金属3D打印 EXOne公司仅生产工业级打印 成型体积。除此之外还包括全新的 机,产品主要应用于航空、汽车、重 150系列、ll0系列(大型)、88系列和 型机械和能源石油天然气4个领 68系列(中型)等机型 。 域。ExOne生产的3D打印机建立在4 使用EBAM技术生产的F一35的 个平台之上,按照打印机容量从大到 襟副翼翼梁成本更低、寿命更长。目 小分别是Max,Print,Flex和Lab,产 前,EBDM技术已经参与了美国国防 品中S系列的主要用于建立模型模 部、空军等的多项研发。 具,M系列的主要用于直接打印 。具 4.美国EFESTO公司 体的平台与产品见表4。 美国EFESTO公司的核心竞争力 6.法国Prodways公司 在于大尺寸3D金属打印技术,其最大的 法国Prodways公司成立于2013 金属3D打印机FESTO 557拥有一个 年,是MOVINGLight专利的拥有 1 51Xh'nm X1 51X ̄nm×2100mm的超大 者,该专利结合了DLP和UVA LED 构建室。EFESTO公司利用激光金属 技术。其产品包括ProMaker L及 沉积(Laser Metal Deposition,LMD) ProMaker V两个系列,L系列3D打印 技术,能够3D打印各种各样的金属材 机使用光敏树脂材料 而V系列使用 料,包括钴、镍、钢,以及铝和钛制成的 复合材料。L系列打印机在用液体光 合金材料。 敏树脂材料打印时,其速度比目前市 EFESTO公司的业务重点是在 场标准快10倍;V系列用于高负载、高 油气、能源、国防、航空航天、船舶、模 粘度,特别是陶瓷和金属复合部件的 具、模具、矿山、建筑、材料锻造和重型 制造。2015年l1月10日,Prodways宣 钢铁行业。 布推出其最新的ProMaker P系列工 5.美国ExOne公司 业级SLS 3D打印机。P系列3D打印机 EXOne公司是另一家提供3D 以一种紧凑的结构提供顶尖的工业 打印机及打印产品的美国公司。公 级性能,除此之外,还能够以最高达 司于2003年成立,主要业务是工业 220V的温度打印高性能材料。 表4 ExOne公司打印机平台及产品表 新衄料产业NO.01 201 7■a圈  I ̄FOCUS 7.瑞典Arcam AB公司 瑞典ArCam AB公司成立于 9.日本马扎克(Mazak)公司 Mazak公司成立于1919年,是 全球机床行业的领先企业。Integrex i-400am是Mazak公司开发的将金 11.荷兰Shapeways公司 Shapeways公司通过社交网络 1997年,是世界上首个用电子束熔融 金属粉末,并经计算机辅助设计精密 铸造的设备制造 。该设备能用于加 把“全价值链”搬到了线上,可以说 是3D System ̄J网络版。Shapeways ̄U 属3D打印机熔融沉积与机械加工中 心的切削加工融为一体混合多任务设 备。Integrex i-400am采用的是激光烧 结增材制造方法,光纤激光热源熔化金 属粉末,熔覆头(即喷嘴)通过读取CAD 定义的模型来熔融材料,该系统还可以 加入不同类型的金属对象,可以修复现 用3D打印技术为客户提供3D打印服 务。Shapewa 关系 3D打印机制造企 工专为病人量身定做、植入手术所需的 人工关节或其他精密部件等[20]o公司业 务主要集中于2个市场:航空航天和 骨科植入物。 业的支持,实现下游用户的个陛化打印需 求。截止至11 2016 ̄2月,Shapeways在开 放的社区平台中大约有7000名产品 设计、制造师,并且有将近20万的用 8.日本沙迪克(Sodick)公司 日本沙迪克公司(Sodick)支持包 括:模具零部件的放电加工、模具加 工的CAD/CAM产品设计、精加工面 户关注并参与3D线上平台盼 。 有的磨损或损坏的部件尤其象修复航 空涡轮叶片,极大地节约了成本 。 三,结语 总体而言,国外3D企业依托相关 技术发展得较为成熟,既形成了美国 3D Systems、Steatasys ̄包含3D打印 机、相关3D打印软件、打印材料、3D打 印服务在内的综合性3D打印公司,也 的电子束精加工(特别是电子束PIKA 面加工装置EBM)、以高速铣削中心 及注塑成型加工和线性加工技术在内 的各种制造工程乜 。 沙迪克公司开发出了使用金属材 10.美国Printrbot公司 美国人B rook D rumm设计了 最简易组装的Printrbot系列打印机 组件并于201 1年成立了Printrbot公 司。Printrbot公司旨在为3D打印制 造商、DIY爱好者及教育工作者提供 物美价廉的3D打印机。截至2013年6 月,Printrbot有4种型号的打印机,分 别是Printrbot Simple、Printrbot Jr、Printrbot LC、Printrbot P1 枷。 料加工的3D打印机“OPM250L”。这 款打印机采用金属光成型复合加工方 法,将利用激光熔融凝固金属粉末的 沉积成型与基于切削加工的精加工组 合在一起‘ 。 形成了特定领域和细分市场的3D打 印公司。3D打印机产品种类繁多,并且 在不断地向高打印速度与精度、低成 本、低耗材、环境友好的方向发展。嗍 10.3969/j.ism.1008-892X.2017.01.005 参考文献 [1】刘晓梅.第三次工业背景下的3D打印业企业竞争力影响因素研究【D].上海:东华大学,2014:12. 【2】 Wikipedia.3D Systems—Techn0logy【EB/OL】.【2016—05--21】.https://en.wikipedia.org/wiki/3DSystems: ̄cite—note-- —pfeifle2012--7. 【3】3D SYSTEMS CORPORATION.Annual Report on Form IO-K for the Year Ended December 31,2015[EB/OL】.(2015一 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