盘点3D打印行业佼佼者的发展历程
■ 本刊编辑部
近年来，全球增材制造产业呈现出快速发展的态势，技术研发创新层出不穷，行业应用领域和范围持续拓展，企业跨国并购整合不断加剧。本刊特对全球3D打印的先进技术及领先企业的发展现状进行梳理，以飨扩大读者。
全球3D打印技术发展
光固化成形技术（SLA） 1983年，美国科学家查尔斯·胡尔（Charles Hull）发明光固化成形技术并制造出全球首个增材制造部件（图 1右）。1986年，查尔斯·胡尔获得了全球第一项增材制造专利，同年成立 3D Systems 公司。1987年，3D Systems发布第一台商业化增材制造设备（图1左），全球进入增材制造时代。此后，美国涌现出多种增材制造工艺，诞生了Helisys、Stratasys、DTM等著名的增材制造公司。
熔融沉积成形技术（FDM） 1989年，斯科特·克伦普（ Scott Crump）发明熔融沉积成形技术（FDM），同年成立 Stratasys公司。1993年，Stratasys公司售出了首批基于 FDM技术的增材制造设备——“ 3D造型者(3D Modeler)”，标志着 FDM技术步入商用阶段。
激光选区烧结技术（SLS）1989年，美国 Texas大学的研究生 C.Deckard提出的激光选区烧结技术（SLS）技术获得专利认证（基础专利为 US5155321A）。DTM公司随后成立，并于 1992年发布了第一台基于 SLS工艺的工业级装备—— Sinterstation，实现了粉末床熔融工艺的产业化。2001年，DTM公司被 3D Systems公司收购。
分层实体制造技术（LOM）1991年，美国 Helisys公司 Michael Feygin研发的分层实体制造技术（LOM）获得发明专利。同年，Helisys公司售出了第一台分层实体制造系统。除 Helisys公司外，日本 Kira公司、瑞典 Sparx公司，国内的清华大学、华中理工大学（现华中科技大学）等高校也较早介入 LOM技术领域，取得了一系列成果。
三维立体打印（3DP）1993年，美国麻省理工学院 Emanual Sachs教授提出的三维立体打印（3DP）获得专利。同年，Emanual Sachs的团队开发出基于3DP技术的增材制造设备，1997年成立Z Corporation公司，并结合传统的激光选区烧结技术，推出 Z系列的 3DP设备。Z Corporation公司随后成为该领域的领导者。2012年，Z Corporation公司被 3D Systems收购。此外，Objet、Voxeljet等公司在该领域也具备一定技术实力。
激光选区熔化技术（SLM） 1995年，德国 Fraunhofer激光技术研究所提出激光选区熔化技术（SLM）构想，随后获得专利授权。2003年英国 MCP集团公司下属的德国 MCP-HEK分公司推出第一台SLM设备。SLM技术和激光直接烧结（DMLS）技术其实为 SLS技术的延伸，区别在于 SLM技术使用的材料为单一金属粉末，而 DMLS技术使用的材料为两种或两种以上混合金属粉末。
生物 3D打印 2000年前后，美国 Clemson university、University of Missouri、Drexel University等大学提出“生物 3D打印”概念。2003年Mironv V和Boland T在 Trends in Biotechnology杂志系统提出“器官 3D打印”的概念。2015年10月10日，Regenvov公司推出第三代生物 3D打印工作站，成功批量“打印”出肝单元用于药物筛选。
国外增材制造相关企业
2016年，国外增材制造重点企业呈现发展向好态势。其中， EOS、 SLM Solutions、Arcam、ExOne等龙头企业营业收入实现较大增长， EOS、SLM Solutions的营收增速同比超过 20%。Stratasys、3D Systems、 ExOne等龙头企业的营业收入持续小幅下降，但亏损大幅减少。
1．Stratasys
Stratasys公司成立于 1989年，是全球基于熔融沉积成形 (FDM)工艺的最大增材制造设备制造商。2015年工业级增材制造设备共销售 5166台。截至2015年底，Stratasys在全球销售的增材制造设备累计已超过2万台，全球客户8000家，可打印材料150余种，专利数量 500多项。Stratasys通过全球并购提升竞争力。2012年，Stratasys与Object公司合并，奠定了Stratasys公司行业领导者的地位。2013年， Stratasys宣布斥资 4.02亿美元，收购消费级增材制造市场著名厂商 Makerbot，扩张势力版图。2014年，Stratasys出资 1亿美元现金收购全球最大的 3D设计分享网站 GrabCAD，布局上游产业。2015年， Stratasys合并 RedEye、Harvest Technologies和 Solid Concepts，布局按需制造服务。同年，Stratasys收购增材制造咨询公司 Econolyst，并成立 Stratasys Strategic Consulting公司，正式涉足增材制造咨询行业。IDC数据显示，2016下半年 Stratasys全球市场份额为 12.3%，位居第二。
2．3D Systems
美国3D Systems公司主要产品包括光固化打印机、激光选区烧结打印机、激光选区熔化打印机、ZPrinter塑料喷墨彩色打印机以及专用材料、数字设计工具服务等。2016年，3D Systems营收 6.33亿美元（约合 43.5亿元），同比减少3300万美元。据 IDC数据显示，2016年下半年 3D Systems公司全球份额达到 18.5%，居全球首位。该公司 3D Systems自成立以来，收购了数十家增材制造领域内的企业，通过全球并购打造完整产业链条。
3．General Electric Company
美国通用电气公司（GE）较早开始进入增材制造应用领域，通过自主研发和收购兼并， GE已从增材制造行业的最大用户之一跻身于增材制造市场最大的装备及服务供应商之一。GE通过全球并购实现从增材制造应用向增材制造装备及服务供应商转变。GE公司2010年开始布局增材制造技术，通过不断并购实现从增材制造用户方到服务提供方的转变。2016年，GE公司成功收购瑞典 Arcam公司和德国 Concept Laser公司，成为金属增材制造领域的佼佼者。
4．EOS
德国EOS公司于1989年成立，是世界著名的增材制造设备制造商和制造方案提供商，主要从事SLA、SLS及SLM装备制造以及增材制造软件、服务、咨询等方面的业务，2015年共收入2.63亿欧元，比 2014年上涨 53%。根据其装备销售量估算，2016年营业收入约为 3.15亿欧元，同比增长 20%。
5．ExOne
ExOne公司创立于1999年，主营增材制造装备、软件以及服务。 ExOne公司在金属增材制造领域也占有一席之地，生产的设备多为工业级，主要应用于汽车、医疗、航空航天等领域。
6．Arcam
瑞典工业级增材制造设备生产商Arcam公司成立于1997年，以其专有的电子束选区熔化技术而知名。2015年9月，北京爱康医疗销售Arcam骨骼植入物设备获得国家审批。此外，Arcam建有金属粉末供应链，确保其 EBSM设备的成形质量，它的子公司 AP&C是全球重要的钛金属和其他增材制造专用材料供应商，占有全球超过 50%的增材制造钛金属市场份额。到 2016年底，Arcam拥有 8个气体等离子雾化反应堆，用于生产球形金属粉末。按照当前新工厂的建设情况，至 2017年底 AP&C的粉末产能将至少达到750吨。
7．SLM Solutions
2002年，SLM Solutions公司凭借金属增材制造技术进入全球市场，主营产品为SLM金属增材制造设备。
8．Voxeljet
Voxeljet公司的工业增材制造设备主要采用三维立体打印技术（3DP）技术，用于制备砂型及塑料制品，公司与2013年10月在纽交所上市。Voxeljet公司目前出售 6种不同的工业级增材制造设备，该公司还开发了多种不同种类的专用材料与增材制造设备相匹配。 2015年12月，Voxeljet宣布与苏州美迈快速制造技术公司合资成立 Voxeljet China（维捷中国），总部位于上海。2016年5月1日，维捷中国正式投入运营。
9. 瓦克化学集团
瓦克在2016年第20届国际塑料和橡胶博览会（K2016）上展示了一种全球最新产品——工业用有机硅三维打印机。这台名为ACEO?誖Imagine Series K的第一代工业用三维打印机打印速度明显高于之前样机，这台打印机使用了瓦克开发的按需喷墨ACEO?誖技术，能够制作出至今被视作无法实现的结构复杂的部件或组件。
瓦克的科学家认为，增材制造技术日前在医用领域发展速度最快，生物建模，以及按照客户要求生产个体化几何部件是前景尤为广阔的应用。有机硅恰恰在这些应用中能够充分发挥优势，其不仅耐高温，还具有低温柔韧性、生物兼容性和透明度，能够任意染色，消音效果也相当良好。
ACEO?誖技术使用按需喷墨工艺，打印时，打印头通过向基垫一层一层喷射微小的有机硅滴制成工件。有机硅的配方设计能够使有机硅滴借助紫外光照射，在交联开始前汇合到一起，这样，有机硅滴和有机硅层便可生成结构均匀的工件，同利用注射成型工艺生产而成的部件基本毫无二致。如果使用水溶性支撑物，还可打印出一些有倒挂状和内部网栅结构的物体。
瓦克自2016年8月起以ACEO?誖为品牌，为有机硅3D打印提供全方位服务。客户可通过网上商店，上传设计产品，订购有机硅3D打印部件，在ACEO?誖印刷厂制成后，产品可发送至世界各地。此外，瓦克跨学科的ACEO?誖团队还为产品设计，以及有机硅部件或组件生产提供咨询和开发服务。
10. BASF
该公司近来在3D打印技术领域动作频频：2017年7月，这家德国巨头宣布将于9月1日新成立巴斯夫3D打印解决方案有限公司。此外，今年8月中旬，巴斯夫还对总部位于荷兰的线材生产商Innofil3D实施并购，以完善3D打印价值链的布局。
新公司将主要面向希望在工业生产中使用3D打印的客户，如汽车制造、航空和消费品等行业。为了开发和测试各种解决方案，巴斯夫亚太创新园（上海）设有两个3D打印研发实验室，分别专注于基于激光烧结工艺的3D打印解决方案，及先进光敏材料。上海研发团队与全球3D打印团队紧密合作，并携手本土客户及设备制造商，开发满足地区需求的先进材料。
“工业应用3D打印方兴未艾，但发展十分迅速。这就意味着我们需要类似于创业公司的敏捷架构，需要跨学科团队和快速决策流程。将以客户为中心的3D打印业务集中到一地、成立专门的公司，是重要的成功因素之一。”巴斯夫新业有限公司现任董事总经理、即将出任巴斯夫3D打印解决方案有限公司董事总经理的Volker Hammes解释道。
新公司将主要面向希望在工业生产中使用3D打印的客户，如汽车制造、航空和消费品等行业。为了开发和测试各种解决方案，巴斯夫3D打印解决方案有限公司将接管并扩建巴斯夫新业有限公司旗下属于Deutsche Nanoschicht GmbH公司在海德堡的3D打印应用技术中心。
我国3D打印发展史
20世纪 80年代末，我国启动开展增材制造技术的研究，研制出系列增材制造装备，并开展产业化应用。近年来，我国增材制造行业发展历程见图4。
1988年，清华大学成立了激光快速成形中心。1993年，国内第一家增材制造公司——北京殷华快速成型模具技术有限公司成立。
1991年，华中科技大学成立快速制造中心，1994年成功研制出国内第一台基于薄材纸的 LOM样机。1998年，华中科技大学开始开展 SLS技术和 SLM技术的研究工作。 1996年，武汉滨湖机电技术产业有限公司依托华中科技大学成立。
1994年，西安交通大学成立先进制造技术研究所。1997年，西安交通大学成立陕西恒通智能机器有限公司，并售出了国内第一台 SLA增材制造设备。
1995年，西北工业大学提出了基于激光熔覆工艺的增材制造技术构想，并开展相关基础研究。
1998年，清华大学将增材制造技术引入生命科学领域，提出“生物制造工程”学科概念和框架体系，并于 2001年研制出生物材料增材制造设备。
2000年，北京航空航天大学瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求，开始攻关激光增材制造技术，随后在国际上首次全面突破相关关键构件激光成型工艺、成套设备和应用关键技术。2013年 1月，北京航空航天大学凭借“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得国家技术发明一等奖。
此外，依托社会力量成立的北京隆源自动成型系统有限公司，从 1993年开始研发 SLS增材制造设备，同年 5月，国内首台工业级增材制造设备——激光选区烧结（SLS）设备样机研发成功，并于 1994年获得发明专利。 1996年，北京隆源成型的第一台商品化 SLS增材制造设备 AFS-300销往北京航空材料研究院，并成功应用于军用航空新产品的开发。
2015年，为加快推进我国增材制造产业健康有序发展，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、财政部联合发布了《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》。
2016年 10月 19日，在工业和信息化部指导下，中国增材制造产业联盟成立，致力于支撑行业管理、聚拢行业资源、促进交流合作，搭建行业交流与合作平台，助力中国增材制造产业发展壮大。
国内技术努力提升
1. 工艺技术水平加速提升。
一批工艺设备、关键零部件、软件系统实现突破，熔融沉积成形、光固化成形、激光选区烧结、激光选区熔化等一大批工艺设备实现产业化，部分增材制造工艺设备已经达到国际先进水平。
金属增材制造领域 西安铂力特激光成形技术公司研发的激光选区熔化设备，在铺粉效率、定位精度等关键技术指标上已达到国际先进水平。北京鑫精合成功研发了全球成形尺寸最大的激光沉积制造设备，已经在我国很多重点型号上实现应用。湖南华曙高科技有限公司已开发出全球首款开源一体化工业级增材制造智能控制系统。江苏永年激光通过与激光器生产企业武汉锐科合作，共同推动国产大中功率激光器在增材制造的推广和应用。华中科技大学研发的“智能微铸锻一体化”金属增材制造技术，在打印程序中加入锻造工艺，打印的高性能金属锻件可达到 5×3×3 m3。北京易博三维科技有限公司推出的国内首台消费级微型金属增材制造设备，填补国内空白。
非金属增材制造领域 中科院福建物构所开发出数字投影（DLP）增材制造设备，打印速度比 Carbon3D公司发布设备速度快约 20%。康硕集团在获得美国 Solidscape公司技术授权之后，开发高精度蜡模增材制造设备，在珠宝、医疗、精密铸造领域有重要应用。佛山峰华卓立新开发出了阵列喷嘴全自动砂型增材制造机 PCM-800(AJ)，打印的砂型各项参数接近国外水平。
生物增材制造领域 上普国际（上普博源）在国内首次推出桌面级便携式细胞3D打印机，将国内细胞增材制造设备市场引入便携式和平价化（十万元起）时代。杭州捷诺飞推出的商业化生物增材制造设备 Regenovo，成功打印出了人体组织。北京阿迈特公司研发的全降解冠脉血管支架 AM Sorb已经完成了国家食品药品监督管理局规定的型式检验和动物实验。四川蓝光英诺生物科技股份有限公司利用生物增材制造设备成功打印出了人工血管。
2．部分专用材料获得突破
金属增材制造专用材料 江苏飞而康通过采用感应熔炼气体雾化技术和高速气流控制工艺，已经有效实现粉末细化。中科院金属研究所研发出了多种牌号的钛合金粉末和丝状材料，已经开始量产。西安赛隆公司引进了国际先进的钛合金制粉设备，已经开始钛合金粉末的制备。中航迈特粉冶科技 (北京)有限公司利用大容量电极感应气雾化装置，制备出符合增材制造用材料标准的高品质球形钛合金粉末。浙江亚通焊材有限公司突破了制备模具钢 18Ni300金属粉末的一系列难题，成功掌握了模具钢高致密球形粉末关键技术，性能优于国外产品。
非金属增材制造专用材料 湖南华曙高科技有限责任公司在高温高压高精度的高分子及其复合材料研制方面取得一系列突破，实现在汽车等领域的应用，打破国际知名企业长期垄断。深圳光华伟业股份有限公司开发一些功能性线材，在汽车零配件制造、家电制造、 LED、电磁屏蔽等工业领域得到应用。景德镇陶瓷学院在陶瓷配方上调试出适合增材制造成形的陶瓷材料，使烧成制品不易变形。北京塑成科技开发的硬性聚氨酯树脂LA0004，具备优良的韧性、强度，性能优于国外产品。中科院物构所研制出的纳米光敏树脂，材料力学性能优秀。
3．行业应用持续拓展深化
航空航天领域 增材制造技术已成为提高航天器设计和制造能力的一项关键技术。西安铂力特激光成形技术有限公司针对航空航天极端复杂的精密构件加工制造问题，利用 SLM技术解决了随形内流道、复杂薄壁、镂空减重、复杂内腔、多部件集成等复杂结构问题，每年可提供复杂精密结构件8000余件。鑫精合激光科技发展（北京）有限公司采用激光选区熔化技术自主研发制备了大尺寸薄壁钛合金点阵夹层结构件——集热窗框，满足了火星车产品的技术要求，保障了火星车产品的顺利研发与实验。中科院重庆绿色智能技术研究院和中科院空间应用工程技术中心共同研制的国内首台空间增材制造设备，该设备验证了微重力环境下增材制造设备关键技术与工艺，成功获取了微重力环境对增材制造工艺参数的影响。国产大飞机 C919长达 3070毫米的中央翼缘条，采用金属增材制造技术成形，大大缩短了航空关键零部件的研发周期。此外，C919机头工程样机钛合金主风挡窗框、前后三叉接头等大型复杂钛合金关键构件，均采用激光增材制造技术成形，为 C919的研制做出重要贡献（见图5）。
航海领域 上海电气集团股份有限公司依托“3D打印燃气轮机轴向旋流器工业化应用探索”项目，成功制备出符合性能要求的部件，可协助完成重型燃气轮机关键零部件的原型设计与优化，后期将考虑替代传统铸锻零件，直接利用金属增材制造部件装机。在核工业领域，中广核集团“金属 3D打印应用于核电领域的关键技术研究”取得重大成果，利用激光选区熔化（SLM）技术制造核电站复杂流道仪表阀阀体，该阀体的材料化学成分满足国际核电标准 RCC-M的要求，相比传统工艺可缩短制造周期，可满足小批量快速生产、降低成本等方面的要求。
模具铸造领域 北京易加三维科技有限公司为注塑厂设计并制作的多款带有随形冷却系统的模具，寿命提高了近2倍，型腔内温度降低近45%，作业周期缩短了25%，局部位置冷却不均匀的现象明显改善，翘曲变形量减少20%。安徽恒利增材制造科技有限公司利用 SLS技术和石膏型真空增压铸造技术融合，实现一体化制造双金属复合发动机缸体，改变传统开模具和组砂型铸造的模式，替代进口，已经成功应用在奇瑞汽车、东风汽车、广汽、全柴等企业。
医疗领域 增材制造技术可满足个性化、小批量、大规模的医疗需求，已经广泛应用在体外医疗器械制造领域，现正向着个性化永久植入物、临床修复治疗和药物研发试验等领域扩展，未来将致力于生物组织、器官的直接打印。目前，国内的增材制造牙齿、骨骼修复技术已经成熟，并在各大骨科医院、口腔医院快速普及。广州迈普根据患者医学影像，利用增材制造技术为医生提供了患者的头颈部肿瘤模型（图6），通过术前规划助力手术获得成功。华曙高科与医疗机构合作已经成功实施术前规划、手术模拟等患者辅助临床治疗 500多例，相关应用技术已处于国内领先水平。
2015年 7月由北医三院和爱康医疗联合研制的增材制造人工髋关节植入体获得国家食品药品监督管理局（CFDA）批准，这是我国首个增材制造人体植入物。 2016年 5月，北医三院推出的金属增材制造人工椎体获 CFDA注册批准。2016年 7月，基于三维精准构建技术（3D ACT）研发的脊柱椎间融合器正式获得了 CFDA批准，这也是我国首例获得CFDA上市许可的金属增材制造椎间融合器产品。
此外，广州迈普应用增材制造技术开发的硬脑膜产品——“睿膜”（图7）已获得美国FDA、中国CFDA、欧盟CE的批准，并完成全球近 50个国家的注册，已应用于近万名患者的脑膜修复手术。杭州捷诺飞生物科技有限公司利用3D打印的肝单元 Regen-3D-liver组织，用于药物临床前筛选，被 Merck等制药公司使用。
随着科学技术水平的不断提高，3D打印技术越来越成熟，3D打印产业在工业上的运用也越来越广泛。中国鑫达十分重视3D打印技术的发展，目前，鑫达集团投入大量资金，启动3D打印耗材智能制造示范工厂及3D打印展示体验云工厂项目，努力增强企业制造复杂、个性化产品的能力，提高企业自身技术实力，力争丰富高分子3D打印从材料（通用塑料、塑料合金、工程塑料、特种工程塑料、生物塑料）到打印产品（FDM线材、SLA树脂以及SLS粉材等打印产品）的品种数量，加快实现中国3D打印耗材行业内产销第一的目标。同时为我国工业领域发展水平和工业设计能力的提升贡献绵薄之力。
在应用层面，中国鑫达则在现阶段重点着力于推动3D打印在生物医疗领域的应用。在前不久的2017中国增材制造大会暨展览会(AMCC2017)上，中国鑫达宣布并详细解释了公司利用其先进的3D打印技术，推动医疗领域革新的战略愿景。中国鑫达自主研发3D打印材料及高附加值产品，如3D打印心脏等复杂器官模型，可以让医生在手术之前完全复制心脏的模型，成功制定一个复杂的矫正手术方案，从而减少病人在手术台上的时间，使手术变得更为安全。中国鑫达希望能过全力支持3D打印在生物医疗领域中的应用，进一步提升医疗水平、减少病患的痛苦，推动中国医疗技术的进步。