引言
2023年,3D打印行业经历了显著的技术进步、市场扩张和投资增长。技术上,复合材料的FDM 3D打印成为主流趋势,尤其是使用短玻纤或短碳纤增强热塑性树脂的技术,大大提高了3D打印产品的力学性能。同时,挑战也随之而来,如CFRTPC 3D打印在提升机械性能方面遇到的界面结合强度和表面质量问题。
在市场方面,2023年3D打印行业融资活动活跃,总融资额达60.11亿元,其中有10起融资事件超过1亿元。市场趋势显示,3D打印技术正在从消费级市场向高端制造市场拓展,尤其在航空航天、汽车、医疗等领域的应用显著增长。
对于投资者而言,这一年度的发展呈现了多重投资机会。首先,技术进步带来的新材料和新应用领域,为投资者提供了多元化的选择。其次,市场融资活动的活跃反映了行业的成长性和吸引力。因此,投资建议聚焦于具有技术创新能力的企业,以及在新兴应用领域(如航空航天、医疗设备)展现潜力的公司。同时,关注行业内部的市场动态和政策导向,以把握行业发展的整体趋势和机会。
技术发展
随着应用领域的扩大和各行业对制品性能要求的提高,单一材料的3D打印制品已无法满足当前市场需求,复合材料的FDM3D打印成型将成为3D打印的发展趋势。如今使用短玻纤或短碳纤增强热塑性树脂复合材料为原料的3D打印技术已经比较成熟,短纤增强热塑性复合材料3D打印制品的力学性能相对单一树脂材料打印制品实现了较大的提升,但是力学性能的提升空间有限近年来,强度更高的CFRTPC的3D打印成型技术成为众多学者的研究热点。但是,3D打印CFRTPC因为其表面质量较差、界面结合强度较低、孔隙率较高等问题,制约了CFRTPC复合材料的机械性能的提升,限制了CFRTPC3D打印制品的工艺应用和发展。进一步改善FDM3D打印制品的界面结合效果以提高其机械性能,改善打印制品表面效果以提高其成型质量,成为了CFRTPC3D打印技术亟待解决的关键性问题。本课题尝试采用双喷头3D打印技术,以短纤增强PA6复合材料和自制CGF/PA6预浸丝分别作为上下表层和芯层的打印原料,制备出一种表面质量优异、高性能的“三明治”结构复合材料3D打印制品,同时引入超声波振动装置,基于超声波的振动作用和热学效应,研究超声频率对熔融沉积界面聚合物分子链的作用机理,改善复合材料的表面质量和层间结合强度。
市场趋势
总融资额破六十亿,近三分之一融资过亿,根据公开信息统计,2023年3D打印行业共发生31起融资事件,包括战略投资和IPO等。除去未披露的金额部分,融资总金额约为60.11亿元。其中,有10起的融资额超过1亿元,占融资事件总量的32.25%,最大的单笔融资是铂力特完成的30.07亿元定增。
图 融资事件对比
在2023年,无论是融资事件的总数还是融资总额,都与去年同期相当。该年度上半年共发生14起融资事件,下半年则有17起。具体来看,2023年第一季度只有4起融资事件,总计0.9亿元。而第四季度无论在融资事件数量还是总额上,在近两年都是最高的,为2024年开下了好头。特别是在2023年即将结束之际,12月27日,喜马拉雅完成了1.5亿元的战略投资。
从融资企业来看,有多家企业在去年也成功获得了融资。例如,在今年融资额过亿的十家企业中,铖联科技在去年进行了1.4亿元的A轮融资,而摩方精密则在去年完成了3亿元的C轮融资。另外,铼赛智能、MOODLES魔斗仕、胜马优创、中体新材和高能数造也同样连续获得了资本的青睐。
图 23年融资赛道
在融资事件地域分布上,2023年共有10个地区发生了融资事件,与去年基本持平,只有天津未出现在列表中,其他地区完全相同。江浙地区共发生了15起融资事件,占比达到48.38%。其中,浙江的融资事件最多,共有8起,占比25.80%。紧随其后的是江苏和广东,融资事件分别为7起和6起,分别位列第二和第三。与去年相比,上海的融资事件数量大幅减少,从6起降至1起。
图 23年融资区域
1)上游分析
通常用于3D打印的金属原材料为金属粉末,金属材料的纯净度、颗粒度、均匀度、球化度、含氧量等指标都对最终的打印产品性能影响极大。目前得到应用的金属粉末主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金等,此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。
数据显示,在我国整个3D打印市场中,钛合金、铝合金、不锈钢分别占20.2%、10.0%、9.1%,合计占比39.3%,其余60.6%均为非金属材料,包括尼龙、PLA、ABS塑料、树脂等。
图 3D打印上游材料市场占比
2)下游分析
随着上游原材料的品种的不断丰富,极大的推动了3D打印行业应用领域的扩大,也促进该行业有消费级市场向高端制造市场拓展。3D打印目前已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域,并逐渐被尝试应用于更多的领域中。航空航天占比最多,达16.72%。医疗、汽车领域、消费及电子产品、学术科研占比分别为15.45%、14.52%、11.85%、11.19%。在航空航天方面,3D打印技术能快速制造一些复杂的零部件,并且还能快速修理现有的零部件;在汽车方面,可以应用于汽车外形设计的研发,可以短时间内打印出模型,同时可以快速制作造型复杂的零部件和实现小批量定制部件。
图 3D打印下游应用
目前,中国市场的主流设备品牌包括联泰、EOS、华曙、铂力特、3DSystems、GE、Stratasys、惠普等。数据显示,联泰在3D打印行业中市场占比最大达16.4%,其次为Stratasys和EOS,分别占比14.8%和13.1%。
近年来,中国制造企业积极引进3D打印技术,代替或改进企业原有的生产方式,提高企业生产的智能化水平,满足政府对于中国制造产品的转型升级需求。2019年3D打印产业规模157.5亿元,2021年增至261.5亿元。2022年产业规模将达到330.0亿元,2024年突破500亿元。
图 2018-2024年中国增材制造市场规模及增速
小结
综合上述,3D打印技术以其高效率和准确度,能够制造形状复杂的精密部件,已成为制造业的一项重要技术。其中,立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积成型(FDM)是最常见的3D打印技术。重点介绍了连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPC)的3D打印方法,包括在线浸渍法和离线浸渍法,以及这些技术在提高制品力学性能方面的贡献。新兴技术,如微波加热打印和超声波辅助3D打印,被证明能有效提高打印速度和制品质量。文档还讨论了喷头技术的改进对提高制品精度和质量的影响。在未来趋势部分,文档预测面,特别强调了提高界面结合强度和表面质量的重要性。文档指出,未来的研究将集中在材料的多样性、生产效率和环境可持续性上。总的来说,3D打印在复合材料领域的应用展现了巨大的潜力和挑战,预示着制造业未来的发展方向。了3D打印技术在复合材料方面的发展和挑战,特别是在提高界面结合强度和表面质量方。
元旦·龙行龘龘
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