Rapporto sull'industria della stampa 3D in Cina nel 2022

Rapporto di ricerca sulla stampa 3D

Riepilogo principale:

La stampa 3D è diversa dalla tradizionale produzione di riduzione del materiale. Attraverso la scansione stereo digitale e l'elaborazione a strati del modello, con l'aiuto di apparecchiature di produzione digitale simili alla stampante, il modello solido richiesto è formato dalla sovrapposizione continua di materiali. La stampa 3D consente di risparmiare notevolmente sui costi di produzione e migliora l'efficienza in campi di applicazione specifici.

Rispetto al B2C stampato in 2D, la stampa 3D è attualmente focalizzata sulla modalità B2B e sta inoltre espandendo ulteriormente il mercato consumer personalizzato e diversificato del B2C.

I materiali metallici e compositi stampati in 3D sono diventati la tendenza di sviluppo futura grazie alle loro proprietà meccaniche superiori (rigidità, resistenza agli urti, portabilità, ecc.) E proprietà meccaniche rispetto ai materiali tradizionali. Il costo di produzione e le prestazioni dei materiali sono ancora i punti deboli della stampa 3D a monte.

Al momento, le apparecchiature di stampa 3D cinesi si concentrano principalmente sullo stampaggio di sinterizzazione/incollaggio (SLS, SLM) e sullo stampaggio per estrusione di materiali fusi non metallici (FDM). Le prestazioni delle apparecchiature e la tempestività delle applicazioni sono i principali punti deboli.

Le scoperte innovative nella tecnologia e nei materiali e la formazione di talenti compositi diventeranno i fattori chiave per lo sviluppo a spirale dell'industria della stampa 3D.

Stampa 3D -- innovazione della tecnologia tradizionale

Dalla "riduzione del materiale" all'"aggiunta di materiale", la stampa 3D è un aggiornamento e un'innovazione della tecnologia tradizionale

La stampa 3D (3DP) è una sorta di tecnologia di prototipazione rapida, nota anche come produzione additiva. È una tecnologia che utilizza polvere di metallo o plastica e altri materiali adesivi per costruire oggetti stampati strato per strato sulla base di file di modelli digitali. Diversamente dalla tradizionale produzione di riduzione dei materiali, la stampa 3D sovrappone continuamente i materiali per formare il modello solido richiesto mediante la scansione stereo digitale e l'elaborazione a strati del modello e apparecchiature di produzione digitale simili alla stampante. Rispetto alle tecnologie tradizionali, la stampa 3D presenta evidenti vantaggi nel controllo dei costi, nella produzione personalizzata, nella prevedibilità della produzione e nell'utilizzo dei materiali della produzione in lotti di piccole e medie dimensioni.

Ordinamento delle politiche del settore della stampa 3D

La politica è stata introdotta rapidamente e sostenuta con forza, aiutando la trasformazione del "Made in China Intelligently"

Al momento, la politica si concentra sui materiali di stampa 3D, sul miglioramento della tecnologia e sulla costruzione di standard. Nel 2015, l'industria cinese della stampa 3D ha inaugurato un'opportunità di sviluppo ad alta velocità sotto la guida del "Made in China". Una serie di politiche come "Made in China 2025" ha descritto il percorso di sviluppo dell'industria della produzione additiva. Il 13° Piano quinquennale strategico nazionale per lo sviluppo dell'industria emergente, emanato dal Consiglio di Stato nel 2016, ha segnato l'approdo dell'industrializzazione. Dallo sviluppo della stampa 3D in Cina, la politica di supporto del settore si è sviluppata rapidamente. Dalla strategia generale, ai campi di applicazione, dalle tecnologie chiave agli standard aziendali, l'orientamento politico viene costantemente perfezionato per promuovere lo sviluppo del settore.

Modello di business della stampa 3D

Stampa 2D vs. stampa 3D

Il modello di business della stampante 2D è relativamente semplice e i produttori di stampanti si affidano principalmente ai materiali di consumo per realizzare profitti. I possibili modelli di business della stampa 3D esistono a cinque livelli: fine produzione (produzione di stampanti 3D), fine materiale, fine stampo, fine vendita e fine campione (R&S). Rispetto al B2C stampato in 2D, la stampa 3D è attualmente focalizzata sulla modalità B2B e sta inoltre espandendo ulteriormente il mercato consumer personalizzato e diversificato del B2C.

Processo di sviluppo e punto di svolta dell'industria della stampa 3D

Rapida trasformazione dal flusso di produzione al flusso digitale

In quanto guida della tecnologia di produzione di fascia alta, la stampa 3D è molto apprezzata dal settore. Il paese ha emanato politiche pertinenti, pianificato obiettivamente e scientificamente il layout, guidato lo sviluppo razionale della tecnologia e ha istituito numerosi istituti di ricerca scientifica e università per la ricerca e lo sviluppo tecnologico. Attualmente, l'industria della stampa 3D sta rapidamente cambiando da un flusso di produzione a un flusso digitale e l'economia digitale è diventata un nuovo punto di crescita per lo sviluppo economico di vari paesi. La profonda integrazione della tecnologia digitale rappresentata dalla digitalizzazione industriale e dalla produzione è la forza trainante chiave e la scelta strategica per promuovere il potenziamento della base industriale, l'ammodernamento della catena industriale e la costruzione di un nuovo modello di sviluppo.

Fase di ricerca e sviluppo: la ricerca e sviluppo scientifica promuove lo sviluppo della stampa 3D

I brevetti di base scadono per stimolare la vitalità del mercato

Prima del 2009, il numero di domande di brevetto per la stampa 3D è rimasto a una cifra. Dal 2009 al 2015 sono scaduti molti dei principali brevetti di stampa 3D industriale. Con il rilascio della tecnologia di base della stampa 3D, la soglia di accesso e i costi del settore sono stati ridotti, è stata stimolata la vitalità del mercato ed è stato promosso il processo di industrializzazione. Dopo la scadenza del brevetto FDM nel 2009, ha promosso lo sviluppo di stampanti 3D in Cina. Il layout del brevetto si è concentrato sul miglioramento dell'affidabilità e sulla riduzione dei costi; Dopo il 2012, con la partecipazione attiva di università e istituti di ricerca alla ricerca e l'approfondita stesura dei brevetti core da parte delle aziende di stampa 3D, il numero delle autorizzazioni di brevetto per la stampa 3D è esploso; Il 2014 è stato l'anno di punta per la scadenza dei brevetti e i brevetti delle tecnologie di base SLS e SLM sono scaduti successivamente, promuovendo la commercializzazione della stampa 3D in metallo. Nel 2021, l'autorizzazione del brevetto per la stampa 3D della Cina si concentrerà principalmente sugli strumenti di produzione e sulla scienza medica, mentre il numero di settori a livello di consumatore come l'abbigliamento e le scienze alimentari sarà ridotto.

Fase di industrializzazione - 3La stampa D punta continuamente all'industrializzazione

Attrezzature per la stampa 3D di layout multi-impresa/industrializzazione dei materiali

Negli ultimi anni, la stampa 3D è diventata sempre più popolare. Nel 2021, ci saranno 34 casi di finanziamento della stampa 3D in Cina e 108 casi di finanziamento all'estero, con una crescita significativa rispetto al 2019. Le imprese cinesi di testine di stampa 3D progettano rapidamente l'industrializzazione della stampa 3D e molte imprese hanno un'elevata capacità di produzione annuale/ volume di vendita annuale di attrezzature e materiali per la stampa 3D.

Attualmente, le apparecchiature e i materiali per la stampa 3D industriale nazionale vengono forniti principalmente in Cina, mentre le apparecchiature per la stampa 3D di consumo sono vendute principalmente all'estero. Secondo l'opinione degli esperti del settore 3D, ciò è dovuto al fatto che le materie prime domestiche sono relativamente economiche, il costo di elaborazione delle apparecchiature di stampa 3D è basso e la catena di approvvigionamento a livello di consumatore domestico è relativamente completa, che può già soddisfare le esigenze delle necessità quotidiane come come scarpe, vestiti, ecc. L'uso della stampa 3D non è completamente evidenziato e i paesi d'oltremare hanno bisogno della stampa 3D per semplificare la catena di approvvigionamento.

Forma di sviluppo futuro della stampa 3D

La stampa 3D si sviluppa verso una modalità di produzione discreta

Poiché l'aggiornamento dei consumi promuove il progresso tecnologico, la concorrenza nel mercato della stampa 3D sarà più dispersa in futuro. A livello industriale, può soddisfare la domanda elevata, sofisticata e sofisticata, mentre a livello di consumatore è più discreto per soddisfare le esigenze di ciascun consumatore e può anche essere più applicato a prodotti per i quali i clienti sono più disposti a pagare un premio. Al momento, le aziende e i privati ​​preferiscono produrre ordini tramite piattaforme di stampa 3D, mentre alcune imprese stabiliscono anche i propri centri di stampa 3D. In futuro, la piattaforma di stampa 3D si svilupperà ulteriormente in una fattoria di stampa 3D. Attraverso una gestione efficiente dei cluster multi-macchina connessi al cloud, centinaia di stampanti 3D possono essere controllate da semplici istruzioni operative, il che migliora notevolmente l'efficienza del tempo, riduce i costi di manodopera e realizza la produzione in batch personalizzata.

Filiera della stampa 3D

Il monte della filiera della stampa 3D è il fornitore di materie prime, hardware di base e sistemi operativi ausiliari.

Midstream è principalmente un produttore di apparecchiature di stampa 3D e servizi correlati.

Il downstream è principalmente per oggetti di servizio di stampa 3D. La stampa 3D è utilizzata principalmente nell'industria aerospaziale, automobilistica e in altri campi, principalmente per applicazioni industriali.

Modello di concorrenza dell'industria cinese della stampa 3D

Le imprese di stampa 3D sono in una fase di sviluppo crescente e la concorrenza del settore è relativamente debole

Spinto dalle politiche pertinenti in Cina (ad esempio, il Piano d'azione per lo sviluppo specifica che l'industria della produzione additiva crescerà del 30% entro il 2020 e la tecnologia di base sarà in linea con il livello estero) e sotto la guida delle politiche, il lato impresa, lato R&S e lato capitale si svilupperanno insieme per promuovere l'industria della stampa 3D per far fronte al boom. Secondo le statistiche della China Additive Manufacturing Industry Alliance, il fatturato delle imprese di produzione additiva cinesi sarà di 26,5 miliardi di yuan nel 2021, con un tasso di crescita medio di circa il 30% negli ultimi quattro anni, circa il 10% in più rispetto alla media globale.

Nel 2021 ci sono 22 società quotate che si concentrano sulla produzione additiva in Cina. I più potenti sono Platinum, Xianlin 3D, Huashu High Tech, ecc.

Le caratteristiche regionali della stampa 3D in Cina sono le seguenti: Pechino Tianjin Hebei prende il comando nel paese e il delta del fiume Yangtze ha preliminarmente formato una forma di sviluppo della catena industriale della stampa 3D completa in virtù dei suoi vantaggi di sviluppo economico favorevoli e condizioni di ubicazione; La regione centrale della Cina si concentra sulla ricerca e sviluppo e prende Shaanxi e Hubei come fulcro per stabilire un'importante area per la coltivazione industriale. Il delta del fiume Pearl è l'altopiano dei servizi applicativi di stampa 3D, distribuito principalmente a Guangzhou, Shenzhen e in altri luoghi.

Flusso di lavoro di stampa 3D

Il processo operativo di stampa 3D è solitamente suddiviso in tre fasi. Innanzitutto, prima della stampa, è necessario affidarsi a computer e software specifici per costruire il modello dei prodotti richiesti nel sistema, per poi migliorare il lavoro preparatorio attraverso l'ottimizzazione e l'adeguamento, lo slicing gerarchico, la pianificazione del percorso e altre operazioni. Nel processo di stampa, le apparecchiature di stampa 3D vengono utilizzate per impilare i materiali strato per strato in base al modello e al percorso pianificati per ottenere i prodotti finiti. Dopo la stampa, i prodotti finiti devono essere utilizzati per l'ispezione vera e propria dopo il trattamento superficiale come richiesto.

La modellazione del primo software è molto importante e richiede la partecipazione al controllo di talenti multidisciplinari esperti nella tecnologia e nei materiali di modellazione del software. La costruzione del modello gioca un ruolo decisivo per verificare se il prodotto soddisfa gli standard richiesti. L'attrezzatura di stampa è principalmente responsabile della produzione e dello stampaggio dei prodotti e la tecnologia e i materiali sono abbinati tra loro per creare oggetti fisici con buone prestazioni complete.

A monte: l'importanza della tecnologia del software di stampa 3D

Tecnologia software: una piattaforma di nove strati, a partire dall'accumulo di terreno

Che si tratti di acquisizione di modelli di dati 3D, elaborazione di modelli di dati 3D o controllo di stampanti 3D, la tecnologia software 3D è indispensabile. Il sistema software integra le funzioni di scansione e affettatura, produzione e diagnosi dei guasti, controllo del campo di temperatura, monitoraggio remoto, controllo della scansione digitale, feedback dei dati e controllo integrato per garantire che i prodotti raffinati soddisfino le esigenze; Migliora l'efficienza della preparazione dei dati, ottimizza la qualità di stampa e migliora la raffinatezza del prodotto.

A monte: uso attuale dei materiali di stampa 3D

Il mercato dei materiali cinese è ancora dominato dai tipi non metallici; Ricerca e sviluppo sui materiali verso il compounding

L'ascesa e lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D è inseparabile dallo sviluppo dei materiali di stampa 3D. Esistono molti tipi di tecnologie di stampa 3D, come SLS, SLA e FDM. Ogni tecnologia di stampa utilizza materiali diversi, come i materiali metallici comunemente utilizzati nella tecnologia SLM, la resina fotosensibile comunemente utilizzata negli SLA e i tecnopolimeri adatti per FDM.

Al momento, i non metalli sono ancora la parte principale dei materiali utilizzati in Cina, formando un modello 6:4 con i materiali metallici. Tuttavia, si scopre anche che l'innovazione cinese nella tecnologia dei materiali sta accelerando. Al momento, il numero di domande di brevetto rilevanti raggiungerà 3079 nel 2021, classificandosi al primo posto negli Stati Uniti. Dal contenuto del brevetto si può vedere che vari materiali compositi, materiali degradabili e materiali metallici con prestazioni migliori sono al centro dell'attuale ricerca e sviluppo.

A monte: vincoli di sviluppo e soluzioni dei materiali

Il costo di produzione e le prestazioni d'uso dei materiali sono i principali punti deboli dell'upstream

Midstream: stato e caratteristiche del mercato delle apparecchiature per la stampa 3D

Al momento, le apparecchiature di stampa 3D cinesi sono costituite principalmente da SLS, SLM e FDM non metallico, i primi due rappresentano circa il 32% e FDM rappresentano circa il 15% del totale, corrispondenti rispettivamente al livello industriale e al livello desktop.

Differenti sono i modelli di business e i percorsi tecnologici dei produttori nazionali ed esteri. In generale, le tecnologie principali delle imprese straniere coprono i settori metallurgico e non, con un'ampia gamma di applicazioni. La tecnologia di base delle imprese nazionali è altamente specializzata, ad esempio, oltre il 70% delle apparecchiature di Platinum è utilizzato nella produzione aerospaziale.

Principali punti deboli delle apparecchiature di stampa 3D

I problemi delle apparecchiature di stampa 3D nel midstream sono principalmente sparsi

Le apparecchiature di stampa 3D sono ancora nella fase di continuo funzionamento della tecnologia, migliorando la maturità e il perfezionamento dell'uso delle apparecchiature. I problemi sono dispersi, come l'elevata percentuale di guasti durante il funzionamento dell'apparecchiatura, il funzionamento bloccato del sistema di alimentazione e la bassa precisione di stampa. Attualmente, gli esperimenti di ricerca e sviluppo vengono condotti simultaneamente nel campo della ricerca scientifica e nel campo della pratica aziendale per promuovere congiuntamente l'ottimizzazione del funzionamento delle apparecchiature.